耐衝撃性に優れた新しい高分子材料を設計(MIT Chemists Design Impact-Resistant Plastics)

2026-06-03 マサチューセッツ工科大学(MIT)

マサチューセッツ工科大学(MIT)の研究チームは、衝撃に強く、割れにくい新しいプラスチック材料を開発した。一般にプラスチックは強度を高めると脆くなり、柔軟性を持たせると強度が低下するというトレードオフが存在する。本研究では、分子レベルでポリマー鎖の構造と結合様式を精密に設計することで、強度と靭性(じんせい)を両立させることに成功した。新材料は外部から衝撃を受けた際にエネルギーを効率よく吸収・分散できるため、従来材料より破損しにくい特性を示した。研究チームは分子シミュレーションと実験を組み合わせて、衝撃エネルギーが材料内部でどのように伝達されるかを解析し、最適な分子構造を設計した。こうした材料は、自動車部品、電子機器、保護具、航空宇宙分野など、耐衝撃性が求められる幅広い用途への応用が期待される。今回の成果は、高性能かつ耐久性に優れた次世代高分子材料の設計指針を示すものであり、材料工学分野における重要な進展となる。

<関連情報>

メカノフォア架橋はポリマーの弾道エネルギー散逸を向上させる Mechanophore cross-linking enhances ballistic energy dissipation of polymers

Zhen Sang,Suong T. Nguyen,Kwangwook Ko,Senpeng Lin,Heecheol Jang,Simon Gonzalez-Zapata,Sullivan Fitz,Yun Kai,Steven Kooi,Chuting Deng,Monica Olvera de la Cruz,Marisol Koslowski,Heather J. Kulik,Stephen L. Craig,Keith A. Nelson & Jeremiah A. Johnson
Nature  Published:03 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-026-10557-w

拡張データ図1
Fig. 1: Design and mechanical properties of PS networks under quasi-static and high-rate testing.

Abstract

Mechanical failure is a marked limitation for plastics used in structural, protective and coating applications. In particular, perforation under high-rate deformation is difficult to mitigate through conventional molecular design1,2. Cross-linking is widely used to improve the thermal and chemical stability of polymers, yet under mechanical deformation, it typically renders materials more brittle, limiting impact resistance and functional lifetime3. Overcoming this fundamental trade-off between stability and toughness remains a central challenge. Here we demonstrate that embedding a small fraction of force-sensitive mechanophores as cross-links into common polymers fundamentally reverses this trade-off, producing materials with substantially enhanced ballistic energy dissipation. At strain rates exceeding 107 s−1, we show that mechanophore-cross-linked networks absorb up to about 115% more energy than conventional thermosets and surpass even their uncross-linked thermoplastic counterparts. We attribute this behaviour to a force- and adiabatic-heating-driven local thermoset-to-thermoplastic transition, in which selective mechanophore scission facilitates viscoplastic deformation at the impact site while preserving network integrity in the surrounding regions. We demonstrate the generality of this strategy in both glassy polystyrene and rubbery styrene–butadiene–styrene triblock copolymers. These results establish mechanophore cross-linking as a design principle for converting commodity polymers into impact-resilient materials and open directions at the intersection of polymer mechanochemistry and extreme-strain-rate material behaviour.

0504高分子製品
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