熱・光への耐性と、力で光る性質をあわせ持つ新規高分子~メカノフォア特有の反応により材料損傷を「見える化」~

2025-12-19 東京科学大学

東京科学大学(Science Tokyo)の研究チームは、熱・光に強く、機械的な力が加わったときだけ反応して発光する新規メカノフォア分子骨格「DAANAC(ジアリールアセトニトリル‐α‐カルボン酸エステル)」を開発した。従来のメカノフォアは熱や光でも反応しやすく実用環境で不安定だったが、本研究ではDFT計算で「力で切れやすい結合」を予測し、合成・高分子への導入で検証。架橋高分子フィルムの引張試験で蛍光ラジカル由来の発光を確認し、ESR測定でラジカル生成も実証した。DAANACは200℃超の高温や紫外線照射下でも分解しない一方、すり潰し・引張などでのみ作動し、材料損傷の“危険サイン”を光で可視化できる。安全で長寿命な構造材料やスマートポリマーへの応用が期待され、JACSに先行公開された。

熱・光への耐性と、力で光る性質をあわせ持つ新規高分子~メカノフォア特有の反応により材料損傷を「見える化」~
図1. 本研究の概要図

<関連情報>

耐久性のある機械応答性ポリマーのための熱的および光化学的に安定な蛍光ラジカル型メカノフォア A Thermally and Photochemically Stable Fluorescent Radical-type Mechanophore for Durable Mechanoresponsive Polymers

Yuto Uchida,Hajime Sugita,Akira Takahashi,Hideyuki Otsuka
Journal of the American Chemical Society  Published: November 23, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.5c15553

Abstract

The development of mechanophores has opened new avenues in the design of functional materials; however, most reported mechanophores rely on thermally or photochemically labile bonds, which limits their stability under practical conditions. Herein, we report diarylacetonitrile-α-carboxylic ester (DAANAC) as a robust radical-type mechanophore (RM) that is inert to both thermal and photochemical stimuli. DAANAC exhibits remarkable stability upon heating above 200 °C and demonstrates excellent photostability under UV irradiation at 365 and 254 nm. In contrast, DAANAC generates fluorescent diarylacetonitrile radicals upon mechanical activation, such as grinding or stretching, when incorporated into linear or cross-linked polymers. Tensile tests of DAANAC-cross-linked elastomers show strain-induced fluorescence and stress–strain behavior comparable to that of the control elastomer without mechanophores, underscoring its ability to visualize mechanical damage without compromising mechanical properties. These findings establish DAANAC as a unique fluorescent RM that bridges the gap between force responsiveness and structural robustness, expanding the design space for durable mechanoresponsive polymers.

0505化学装置及び設備
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