柔らかく受け流して壊れにくい高分子材料を開発 ―分子が「動く・切れる・絡み合う」ことで、強い力から材料を守る新設計―

2026-07-01 大阪大学

大阪大学の研究グループは、柔軟性を維持しながら従来より大幅に壊れにくい高靭性エラストマー(ゴム状高分子材料)の開発に成功した。エラストマーはタイヤやゴム製品、フレキシブル電子材料などに広く利用されるが、柔らかさと耐破壊性の両立が課題であった。本研究では、外力に応じて分子が段階的に応答する新たな分子設計を導入した。まず分子が移動して応力を分散し、さらに強い力では分子結合の一部が切断されて衝撃を吸収し、最後に切断後の高分子鎖が絡み合うことで材料全体の構造を維持する三段階のエネルギー散逸機構を実現した。その結果、従来型ポリウレタンエラストマーと比較して靭性は約5倍に向上し、柔らかさと高い耐久性を両立した。本成果は、高分子材料の長寿命化や機械的損傷の低減、交換・廃棄頻度の削減に貢献するとともに、自動車部材、ウェアラブルデバイス、柔軟電子材料など幅広い分野への応用が期待される。

柔らかく受け流して壊れにくい高分子材料を開発 ―分子が「動く・切れる・絡み合う」ことで、強い力から材料を守る新設計―

<関連情報>

連続的に活性化される多経路エネルギー散逸によるエラストマーの強化 Toughening elastomer via sequentially activated multi-pathway energy dissipation

Xue Li,Chunlin Xiao,Haruki Izutsu,Osamu Urakawa,Tadashi Inoue,Yuichiro Kobayashi & Hiroyasu Yamaguchi
Nature Communications  Published:01 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-74148-z

Abstract

Auxiliary energy dissipation pathways have been incorporated into elastomer design to enhance the toughness. However, most strategies involving multiple pathways rely on non-synergistic dissipation that ceases to function once structural evolution occurs. Herein, we report a strategy to toughen elastomer via sequentially activated multi-pathway energy dissipation, simultaneously integrating mechanically interlocked networks (MINs), scissile mechanophore, and woven networks within a single polymer. A rotaxane crosslinker is applied to construct MINs in polyurethane as the primary energy dissipation pathway. After the sliding motion of the rotaxane crosslinkers reaches its maximal extent, the truxinate mechanophore embedded in rotaxane’s macrocycle undergoes sacrificial scission as the secondary pathway. Subsequently, the linear chain produced by cleavage of the rotaxane’s macrocycle inherently entangles with the axle chain, resulting in woven networks as the tertiary energy dissipation pathway. This strategy substantially enhances the toughness and clarifies how mechanophore activation interacts with supramolecular architecture in polymeric materials.

0504高分子製品
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