西工大新闻网10月5日电（王振华）聚合物中的机械传导过程可以将输入的机械能转化为合成聚合物的化学信号或光信号。通常，力响应基团（mechanophores）被插入聚合物链中，在受到外力时会发生机械化学反应，从而产生力致变色、力致发光、力致催化等现象。但是大多数含有力响应基团的聚合物都不可避免地会发生化学键的断裂，难以实现重复的机械化学过程。压电材料作为一种机械力的传导器，在机械力介导的可逆失活自由基聚合如原子转移自由基聚合（ATRP）和可逆加成断裂转移聚合（RAFT））中受到广泛的关注。王振华副教授研究小组前期开发了基于多种力化学转化路径的机械调控ATRP体系，例如压电催化（Macromolecules 2017, 50 (20), 7940-7948.）、摩擦催化（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202309440.）、超声化学（ACS Macro Lett. 2019, 161-165, Polym. Chem. 2022, 13 (34), 4908-4914），这些方法可以合成分子量可预测、链端保真度高、分子量分布窄的聚合物。
图1. 机械发光粉末的双重作用
近日，西北工业大学黄维院士团队王振华副教授研究小组联合深圳大学彭登峰教授在国际知名期刊Research上发表了机械介导引发ATRP制备的机械发光复合材料，为压光材料及压电催化聚合的研究提供了潜在的研究方向。研究团队利用了半导体异质结的压电性能与压光性能，设计 CaZnOS-ZnS-SrZnOS: Mn2+ 三元异质结 ML 粉末作为机械能转换器，进行机械力调控的原子转移自由基聚合（mechano-ATRP），以合成可重复响应的机械发光复合材料。在机械力的作用下，压电性能可以促进电子转移的过程，将失活剂（CuBr2/TPMA）转化为活化剂（CuI/L），从而引发聚合反应，以可控的方式合成所需的聚合物（图1）。此外，含有 ML 粉末的聚合物复合材料在受力时能够发出橙色的光芒。通过这种方法可以合成各种机械发光复合材料，这些复合材料具有可调节的组成成分与机械性能。
图2. (a) 机械发光聚合物复合材料的结构；(b) 机械力作用下字母 "IFE "完整轨迹的叠加图像；(c-e) 基于PMA、PBMA和PMMA的复合材料的DSC曲线以及用笔刮擦引发的机械发光图像。
这种使用ML粉末的mechano-ATRP反应过程能够适用于多种单体，合成具有高端基保真度和预定分子量明确的聚合物。此外，聚合过程可通过开关超声浴进行良好的时间控制。利用ML粉末的压光性能，成功制备出了具有不同Tg的可重复机械发光聚合物复合材料。这项工作为机械发光聚合物的设计提供了新的视角。
研究成果以“Mechanoluminescent Materials Enable Mechanochemically Controlled Atom Transfer Radical Polymerization and Polymer Mechanotransduction”为题发表在期刊Research上。西北工业大学柔性电子研究院黄维院士、王振华副教授和深圳大学彭登峰教授为本文的共同通讯作者，王振华副教授与在读研究生李泽萱为该论文的共同第一作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、陕西省科技基金的资助。
文章连接：https://spj.science.org/doi/abs/10.34133/research.0243
（审核：王学文）
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