力を加えると変色するプラスチック

Jun

2009

Author: cosine[Edit ] View: [490]

Category:論文

(画像：下記論文より)

Force-induced activation of covalent bonds in mechanoresponsive polymeric materials
Davis, D. A.; Hamilton, A.; Yang, J.; Cremar, L. D.;Gough, D. L.; Potisek, S. L.; Ong, M. T.; Braun, P. V.; Martinez, T. J.; White, S. R.; Moore, J. S.; Sottos, N. R. Nature 2009, 459, 68. doi:10.1038/nature07970

今回は、イリノイ大学・Nancy SottosおよびJeffrey Mooreらのグループによって開発された、「力を加えることで変色するプラスチック」を紹介します。

　これも百聞は一見にしかず。上図のような感じで、引っ張るとそこだけ赤く変色します。NatureのSupplementary Informationのサイト、もしくはMooreグループのサイトに行けば、動画でも見る事が出来ます。

　つまり、力がかかって壊れやすくなってる箇所だけを、一目で分かるようにできる、というアイデアを提唱している研究なのです。

　果たしてこの材料の中身は、どのようになっているのでしょうか？

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　実は、やってること自体は、それほど難しくありません。

　以下のようにデザインされたクロミック分子(彼らはmechanophoreと呼んでいます)を共重合させて、ポリマーをつくっているだけです。力を加えるとアミナール結合が切れて開環し、共鳴構造・吸収波長が変化し、色が変わると言うわけです。

・・・とまあ文章と図でかくといかにもシンプルなのですが、おそらく思い付いて実現させてしまうのは、それほど簡単な話ではないように思います。

　そもそも化学的・熱的エネルギーを用いず、力学エネルギー(mechanical force)で分子共有結合を(選択的に)切断すること自体、実は簡単ではありません。マクロスコピックなエネルギーである物理力を、あまりにサイズスケールの違う「分子」にうまく伝達させる手法自体が、そもそも現代に至るまでほとんど確立されて無いのです。筆者の知る限りでは、最近Mooreらが自ら報告した研究例^[1]ぐらいしか、目立ったものはないように思えます。意外に思えますが、新味なアプローチといえます。

　このコンセプトの秀逸さは、原理の単純さ故にあらゆるポリマーに簡便に応用可能という点にあるのだと思えます。重合の際に、機能に影響しない程度のクロミズム分子を少量混ぜるだけで良い、ということですから。おそらくこの汎用性・実用性ゆえに、応用範囲は無数に考えられると思われます。

　材料化学の分野は面白いですね。実用に近い領域なのでイメージしやすく分かりやすい、というのも一つですが、何よりビジュアル的にインパクトがあるものも多くて、見ているだけでも楽しいものです。

関連論文

[1] (a) Moore, J. S. et al. Macromolecules 2005, 38, 8975. DOI: 10.1021/ma051394n (b) Moore, J. S. et al. Nature 2007, 446, 423. doi:10.1038/nature05681 (c) Moore, J. S. et al. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 13808. DOI: 10.1021/ja076189x