盖世汽车讯　据外媒报道，东京科学大学（Institute of Science Tokyo）联合瑞士团队在智能材料领域取得突破，开发出一种智能铰链状分子，能发出荧光信号指示聚合物材料所受的机械应力。

（图片来源：onlinelibrary.wiley.com）

该分子基于[2.2]对环芳烷骨架和双芘基发光体（发光化合物）开发，表现出优异的应力传感性能和高耐久性，为实时监测机械损伤提供了有力工具。

弹性体等柔性聚合物的应用十分广泛，例如汽车保险杠和医疗器械。然而，此类材料承受过大机械应力时，损伤往往早在表面显现之前便已在分子层面悄然发生。评估此类损伤对于确保这些的材料耐久性十分重要。这一需求推动研究人员发明力致变色力敏基团（mechanochromic mechanophores），此类分子骨架能够响应机械刺激并改变发光颜色。

为了深入研究这个问题，由日本东京科学大学材料与化学技术学院副教授Yoshimitsu Sagara和瑞士弗里堡大学（University of Fribourg）阿道夫·默克尔研究所（Adolphe Merkle Institute）Christoph Weder教授领导的研究团队，通过巧妙地利用[2.2]对环芳烷，开发出一类新型力致变色力敏基团，用于将机械力可视化。该系统的研究成果已在《Angewandte Chemie International Edition》在线发表。

传统机械传感技术主要依赖激基复合物形成染料掺杂（excimer-forming dye doping），或者‌共价引入力敏基团。染料掺杂能实现可逆传感，但其力响应行为受聚合物性质及加工工艺的显著制约；而‌共价力敏基团在分子层级产生信号，但依赖于共价键断裂导致传感过程不可逆。

为突破上述局限，研究人员引入‌超分子力敏基团（supramolecular mechanophores）‌。这类分子可在分子层级呈现力响应行为，却仅依赖于‌非共价相互作用。Sagara表示：“目前已有多种超分子力敏基团，但部分体系的‌信号响应效率低下‌。我们的目标是开发一种系统，能够发出更高效、更可靠的信号，其与施加应力成正比，并且是‌可逆的。”

‌[2.2]对环芳烷‌是一种有机化合物，其中两个苯环通过两个对位的‌亚乙基桥链相互连接。该团队以[2.2]对环芳烷为骨架‌，引入两个荧光团（芘基染料），构建出名为PC-Py1的铰链状结构‌。

两个芘基染料被强制紧密结合，从而高效形成激基复合物（即两个处于激发态的分子结合而成的发光二聚体）。这使得激基复合物发出明亮的黄色荧光。随后，研究人员将该骨架嵌入柔性聚氨酯弹性体中进行分析。当机械力通过聚合物链施加于PC-Py1时，荧光团分离，从而解除强制邻近状态。该变化导致荧光位移，使得荧光颜色从黄色（激基复合物状态）转变为蓝绿色（单体状态）。Sagara表示：“这种荧光颜色变化不仅可辨，而且是可逆的。更重要的是，它与实际的机械应力密切相关。”

关键因素在于[2.2]对环芳烷分子骨架的结构刚性。当测试结构柔性更强的分子变体时，它们产生的颜色偏移更为微弱。此外，该系统的铰链式运动构成了信号源，这已通过力学与光谱研究证实。更值得一提的是，该力敏基团在50余次应力加载-释放循环中仍保持功能稳定，充分验证了该铰链机制的耐久性与可靠性。

这项研究标志着超分子力敏基团设计领域的重大进展。利用[2.2]对环芳烷的强制邻近效应，可将弱相互作用的荧光或猝灭基团整合至机械响应体系中，而这些组分此前被认为并不适用。该策略显著拓展了此类材料的‌设计自由度与光功能多样性‌，从而构建出用于力学可视化的新型强大平台。

这项研究‌成果不仅深化了对力敏基团的理解‌，而且为各种实际应用打开了大门，如损伤感应涂层、柔性电子产品和智能可穿戴技术等。此外，通过调整分子设计，该策略可进一步整合多样化荧光团体系，为开发下一代可定制应力传感系统铺平道路。