[c2]雛菊鏈能夠發生類似于肌節中肌絲滑動的分子內收縮和舒張運動，因而常被稱作分子肌肉，并引起了廣泛的關注。迄今為止，盡管一些能夠對不同刺激做出響應的雙穩態[c2]雛菊鏈型機械互鎖聚合物被報道，但是，如何建立[c2]雛菊鏈微觀運動與材料宏觀機械性能之間的關系仍然是該領域中懸而未決的一大難題。
近期，上海交通大學顏徐州團隊將單個雙穩態的[c2]雛菊鏈分子解耦成兩個單獨的舒張態和收縮態雛菊鏈分子，發展了僅由密集的舒張態或收縮態構型[c2]雛菊鏈組成的機械互鎖網絡(MINs)，并以其為模型體系闡明了[c2]雛菊鏈微觀運動與MIN宏觀機械性能間的關系。在外力作用下，舒張態的[c2]雛菊鏈主要經歷彈性形變，有利于保證相應材料的強度、彈性和抗蠕變性能；收縮態的[c2]雛菊鏈則會發生長程的分子內運動，伴隨著分子結構中隱藏鏈的釋放，而大量此類微觀運動的積累，則能夠賦予相應材料優異的延展性及能量耗散能力。該工作是雛菊鏈結構自1998年被命名以來，首次闡明其微觀運動對聚合物宏觀機械性能的影響，這對雛菊鏈分子肌肉材料的開發和應用具有重要意義。相關工作以“Insights into the Correlation of Microscopic Motions of [c2]Daisy Chains with Macroscopic Mechanical Performance for Mechanically Interlocked Networks”為題發表在近期的《Journal of the American Chemical Society》上。
圖1 雙穩態[c2]雛菊鏈的解耦以及兩種MINs的制備及結構。
圖2 兩種MINs的線性粘彈性。
揭示[c2]雛菊鏈微觀運動后，作者進一步對兩種MIN宏觀機械性能進行了研究。[c2]雛菊鏈的長程運動，在拉伸曲線中具有直接的體現 (圖5a-c)，MIN-2的曲線中存在一段額外的相對平緩的區域2。而MIN-1中由于不存在顯著運動，更能保證材料強度。兩種MIN都有大量的主客體作用，拉伸過程中均有顯著的耗散行為，因而在循環拉伸時表現出明顯的遲滯 (圖5d-f)。MIN-1中[c2]雛菊鏈的主客體作用在力卸載后即能伴隨著快速恢復。因此，與MIN-2相比，MIN-1在連續循環拉伸中，始終能夠保持較大的遲滯面積。而MIN-2的冠醚因滑動遠離識別位點，因此恢復較慢。同樣地，[c2]雛菊鏈滑動顯著的MIN-2具有明顯的蠕變行為，并且蠕變應變的恢復較慢，而MIN-1則與之相反 (圖6a-d)。最后，作者也通過流變時間掃描記錄了兩種MIN的模量 (即[c2]雛菊鏈單元) 的恢復過程。
圖6 兩種MIN宏觀的機械性能 (蠕變及時間掃描)。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c11105
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