用于识别压力的彩虹色力激活颜料

压力不仅仅是您为应对迫在眉睫的工作最后期限而感到的心理压力。它也是对推动、拉动或扭曲物体、结构或材料的物理力的描述。压力的例子包括在桥上向下拖动的重力、吹向建筑物侧面的风，甚至是被一顿大餐拉紧的腰带。

由于压力实际上影响着人们制造和使用的一切，通常以破坏性的方式，因此确定压力发生的时间和地点以及发生的程度非常重要。不过，这并不总是那么容易，因为许多材料没有明显的受压迹象。

加州理工学院的化学助理教授MaxwellRobb一直致力于通过创造在受力时改变颜色的聚合物来使压力更容易识别。现在，在一篇题为“机械门控形成供体-受体Stenhouse加合物实现机械化学多色软光刻”并发表在《自然化学》上的论文中，Robb展示了他的团队如何创造出一种新型的这些聚合物，这种聚合物可以变成几乎任何颜色用户想要。这与他之前开发的聚合物形成对比，后者只能改变为单一的预定颜色。

要了解Robb小组的最新研究，首先了解以前开发的变色塑料的工作原理很有帮助。要制造一种会根据压力改变颜色的塑料，您需要一种称为机械细胞的分子。这些机械细胞有很多种，只有一些会变色，但几乎所有的都以基本相同的方式工作。分子以两种状态存在，当它们受到外力时，它们会发生化学反应，将它们从一种状态转变为另一种状态。就Robb团队研究的机械细胞而言，一种状态是无色的，另一种是有色的。

当机械细胞结合到塑料中时，它们会受到施加在塑料上的力，因此会改变颜色，从而使压力的位置可视化。

该团队的最新工作基于类似的原则，但有所不同。他们开发的机械载体不会直接用力改变颜色，而是会产生一种中间化合物，这种化合物可以转化为无数颜色鲜艳的染料，称为供体-受体Stenhouse加合物(DASA)。

无色的机械分子也被掺入塑料中，但在这种情况下，即使在受到压力后，它们也基本上保持无色。相反，它们分子结构的变化使它们能够进行二次化学反应，这一过程称为机械化学门控。一旦处于化学接受状态，它们就会被化学浴“开发”，将另一个分子片段固定到它们的结构上。这些碎片使较大的分子变得鲜艳。研究人员可以通过改变附加的分子片段将颜色调整为任何所需的色调。

“它的美妙之处在于我们拥有一个中央机械响应分子，”罗伯说。“这使它成为一个通用的化学平台，因为只需改变你在第二步中使用的化学物质的特性，你就可以生成这个极其多样化的染料库。”

作为该平台的演示，Robb实验室的研究人员准备了一张含有新机械分子的弹性聚合物，并在其上印上在特定区域提供压力的图案。然后将该材料放入化学浴中，使图案变成紫色。塑料被第二次印上新图案，并用不同的化学物质显影，使新印上的区域变成蓝色。最后，对塑料进行第三次冲压，并用浴液显影，使最近冲压的区域变成绿色。这三个压印图案共同在塑料本身内创造了一个多色花朵图像。而且因为DASA也会随着光线改变颜色，所以可以使用手电筒使图像消失。

当然，这项技术并不是为了在塑料上打印简单的图片而发明的。Robb说，在聚合物材料中在三维空间留下化学反应印记的能力也可以打开在三维空间中对其他种类的化学物质进行图案化的大门，例如蛋白质，这将在组织工程中得到应用。此外，他说该实验室正在努力进一步利用与DASA的光响应相关的时间元素，使打印成为4D。

“对于将其用于加密技术等方面的未来方向，这实际上非常有趣，”他说。

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