螺吡喃是一种在光照下会改变颜色的化学物质——这是许多医学和技术领域的有用特性。现在，3mE的GeorgyFilonenko(MSE)和他在应用科学学院的同事RichardJanissen发现了这些所谓的光致变色分子的新用途——可视化固体聚合物中的应力。他们的研究发表在美国化学学会杂志上。
“每次将聚合物溶液制成固体时，它都会受到压力，”Filonenko解释说，“我们已经找到了一种方法来查看聚合物内部的这些压力。”
该领域众所周知，如果冷却熔融聚合物，当它变成固体时会产生异常，因此Filonenko和Janissen决定尝试验证“一个疯狂的假设”，即当聚合物变成固体时，小分子可以以某种方式“感觉”到。
Filonenko说：“我们需要选择一种容易变色的分子，我们总是可以轻松地观察和测量它。”“现在我们考虑它是无限天真的，但我们只是选择了一种已经知道了大约50年的东西——螺吡喃——它可以通过热、光或机械刺激而着色或变色。”
p-CE的光开关视频记录。图片来源：美国化学学会杂志(2022)。DOI:10.1021/jacs.2c11280
螺吡喃是一种以异构体形式存在的有机分子——一种异构体是有色的，另一种是无色的。然而事实证明，这些异构体的长度也不同。
“我们发现有色分子比无色分子长一点，如果你的反应与长度的变化有关，那么如果你的聚合物在某种程度上处于机械应力下，那么收缩分子的反应压缩会促进分子的大小，张力会促进拉长分子的反应。当我们意识到这一点时，我们的数据开始变得有意义，”Filonenko和Janissen说。
Filonenko和Janissen看到的是，当聚合物变成固体时，反应速率会发生巨大变化，即所谓的反应动力学。“我们看到分子的不同形式(有色和无色)之间的转化动力学发生了如此巨大的变化，我们意识到这必须是重大的事情，而且我们发现，聚合物内部形成的内应力随着聚合物固化。”