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  力化學的高速發展為科學家從分子尺度研究并調控聚合物材料對外力的響應提供了契機。得益于一類對力敏感的小分子基團（力敏團，mechanophore），材料學家可將傳統上對材料具有破壞作用的機械力轉化有用的輸出，并賦予材料各式各樣的力響應特性，包括損傷探測、自修復、自增強/增韌、釋放特定小分子或質子、催化化學反應等等。設計和制備性能優越的力敏團以適應材料所處的復雜力學環境一直是高分子力化學的巨大挑戰之一。

  近日，來自廈門大學化學系翁文桂課題組、吉林大學超分子結構與材料國家重點實驗室張文科教授課題組、利物浦大學化學系Roman Boulatov教授課題組攜手合作，在Nature Communications上（doi:10.1038/s41467-017-01412-8）報道了一類具有栓系鏈結構的環狀肉桂酸二聚體的多模式力敏團。

  量子化學計算表明肉桂酸二聚體中環丁烷單元開環所需外力與二聚體的立體構型（syn或者anti）、外力的作用位置（酚羥基處或甲氧基處）、冠醚鏈的連接位置和長短等因素有關，在1-2 nN左右可調。高分子主鏈的受力隨機斷裂反應所需的外力約> 5 nN，因此肉桂酸二聚體完全可以在主鏈斷裂之前的受力活化。栓系鏈的存在又使得力敏團的活化開環不至于直接導致聚合物產生斷鏈而降解。

  單分子力譜實驗表明，順式肉桂酸二聚體（syn-2a）和反式肉桂酸二聚體（anti-2a）分別在1 nN和2nN時發生活化，釋放2.5nm/每單元的冠醚鏈（如圖），與量化計算結果完美符合。次序性的可控力活化過程具有類似肌聯蛋白等生物大分子的解折疊過程和增韌機理。整個活化過程中聚合物骨架鏈長度增加2倍以上，耗散應變能多達600 kcal/mol，差不多比通常的高分子鏈強度提高15倍。此力敏團因此具備用于制備超高強度聚合物材料的潛力。

  共聚物的溶液超聲實驗表明，肉桂酸二聚體能在宏觀形變中解離，同時伴隨體系紫外吸收的改變有望應用于損傷探測。此外，生成的肉桂酸單體具有光化學反應活性，能夠進行重新二聚和其他反應，可用于材料損傷后的修復、增強等，能夠有效提升材料的安全性和使用壽命。同時，該系統還具有巨大的可拓展性，預計將可引領一系列研究工作的開展。

  論文鏈接：http://www.nature.com/articles/s41467-017-01412-8

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