<p>壓力不僅僅是你對即將到來的工作截止日期所感到的心理壓力。它也是對推動、拉動或扭轉(zhuǎn)物體、結(jié)構(gòu)或材料的物理力的描述。壓力的例子包括橋上的重力向下拖拽，風(fēng)吹過建筑物的一側(cè)，甚至是一頓大餐拉緊了腰帶。</p> <p>&nbsp;</p> <p>由于壓力確實影響著人們制造和使用的所有東西，而且往往是以破壞性的方式，因此確定壓力發(fā)生的時間和地點以及發(fā)生的程度非常重要。然而，這并不總是容易的，因為許多材料沒有顯示出受到壓力的明顯跡象。</p> <p>&nbsp;</p> <p>加州理工學(xué)院的化學(xué)助理教授麥克斯韋&middot;羅布(Maxwell Robb)一直致力于創(chuàng)造一種聚合物，這種聚合物在受到外力時會改變顏色，從而使壓力更容易識別?，F(xiàn)在，在《自然化學(xué)》雜志上發(fā)表的一篇論文中，Robb展示了他的團隊是如何創(chuàng)造出一種新型聚合物的，這種聚合物幾乎可以變成用戶想要的任何顏色。這與他之前開發(fā)的聚合物形成了對比，后者只能變成單一的、預(yù)定的顏色。</p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://caltech-prod.s3.amazonaws.com/main/images/robb.max-250x250.jpg" alt="A bust portrait of Maxwell Robb. He has short cropped hair and wears a button-down shirt." width="175" height="250" />&nbsp;</p> <p>要了解Robb小組的最新研究，首先了解以前開發(fā)的變色塑料是如何工作的是有幫助的。為了制造一種能在壓力下改變顏色的塑料，你需要一種被稱為機械團的分子。這種機制團有很多種，只有一些是變色的，但幾乎所有的機制團在本質(zhì)上都是相同的。分子以兩種狀態(tài)存在，當(dāng)它們受到外力時，就會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)。以Robb團隊研究的機械生物為例，一種狀態(tài)是無色的，另一種狀態(tài)是彩色的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>當(dāng)機械載體被整合到塑料中時，它們會受到施加在塑料上的力，因此會改變顏色，從而使應(yīng)力的位置得以可視化。</p> <p>&nbsp;</p> <p>該團隊的最新工作基于類似的原理，但有所不同。他們開發(fā)的機械團不會直接用力改變顏色，而是產(chǎn)生一種中間化合物，可以轉(zhuǎn)化為無數(shù)顏色鮮艷的染料，稱為給-受體Stenhouse加合物(DASAs)。無色的機械團分子也被納入塑料中，但在這種情況下，即使在受到壓力后，它們基本上仍然是無色的。相反，它們分子結(jié)構(gòu)的變化使它們能夠經(jīng)歷二次化學(xué)反應(yīng)，這個過程被稱為機械化學(xué)門控。一旦進入這種化學(xué)接受狀態(tài)，它們就會在化學(xué)浴中&ldquo;發(fā)育&rdquo;，將另一個分子片段固定在它們的結(jié)構(gòu)上。這些片段使較大的分子變得顏色鮮艷;研究人員可以通過改變附加的分子片段來將顏色調(diào)到任何想要的色調(diào)。</p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://caltech-prod.s3.amazonaws.com/main/images/Overholts_Anna-GraduateStudent-MRobb-Lab-407.max-500x500.jpg" alt="A woman holds aloft a piece of plastic with a pair of tweezers. She wears a lab coat and safety glasses. A chemistry laboratory can be seen in the background." width="500" height="333" />&nbsp;</p> <p>羅伯說:&ldquo;這種方法的美妙之處在于，我們有一個中心的機械反應(yīng)分子。&rdquo;&ldquo;這使它成為一個通用的化學(xué)平臺，因為只要改變你在第二步中使用的化學(xué)物質(zhì)的特性，你就可以生成這種極其多樣化的染料庫。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>作為平臺的演示，Robb實驗室的研究人員準備了一張含有他們的新機械團分子的彈性聚合物，并在其上印上了在特定區(qū)域提供壓力的圖案。然后將這種材料放入化學(xué)浴中，使圖案變成紫色。他們用一種新的圖案對塑料進行了第二次刻印，并用一種不同的化學(xué)物質(zhì)將新刻印的區(qū)域變成藍色。最后，再對塑料進行第三次刻印，并進行沖洗，使最近刻印的區(qū)域變成綠色。這三種印花圖案一起在塑料內(nèi)部創(chuàng)造了一個彩色的花朵圖像。由于dasa也會隨光改變顏色，因此可以使用手電筒使圖像消失。</p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://caltech-prod.s3.amazonaws.com/main/images/image001_3reb3bS.max-1000x1000.gif" alt="An animated gif showing how color develops on a small piece of plastic after it&amp;#x27;s placed in a chemical bath in a beaker." width="400" height="225" /></p> <p>&nbsp;</p> <p>當(dāng)然，這項技術(shù)的發(fā)明不僅僅是為了在塑料中打印簡單的圖片。Robb說，在聚合物材料中留下三維化學(xué)反應(yīng)印跡的能力也為在三維空間中繪制其他類型的化學(xué)物質(zhì)打開了大門，比如蛋白質(zhì)，這將在組織工程中有應(yīng)用。此外，他說，實驗室正在努力進一步利用與DASAs光響應(yīng)相關(guān)的時間元素，使打印成為&ldquo;4D&rdquo;。</p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://caltech-prod.s3.amazonaws.com/main/images/Screen_Shot_2023-01-23_at_10.11.51_AM.max-1000x1000.jpg" alt="The process in which a flower image was stamped onto a polymer and developed with multiple colors." width="808" height="286" />&nbsp;</p> <p>將花的圖像印在聚合物上并顯影成多種顏色的過程。</p> <p><br />圖源:羅伯實驗室/加州理工學(xué)院</p> <p><br />他說:&ldquo;這對于未來將其用于加密技術(shù)等方面的方向來說真的很有趣。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>描述這項工作的論文題為&ldquo;使機械化學(xué)多色軟光刻成為可能的供體-受體Stenhouse加合物的機械門控形成&rdquo;。共同作者是化學(xué)研究生安娜&middot;c&middot;奧弗霍爾茨和本科生溫迪&middot;格拉納多斯&middot;拉佐。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項研究的資金由加州理工學(xué)院和國家科學(xué)基金會提供。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點。</p> </blockquote>