<p>壓力不僅僅是你對(duì)即將到來的工作截止日期所感到的心理壓力。它也是對(duì)推動(dòng)、拉動(dòng)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(shí)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(shí)間和地點(diǎn)以及發(fā)生的程度非常重要。然而，這并不總是容易的，因?yàn)樵S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(shí)會(huì)改變顏色，從而使壓力更容易識(shí)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(tuán)隊(duì)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(duì)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(jī)械團(tuán)的分子。這種機(jī)制團(tuán)有很多種，只有一些是變色的，但幾乎所有的機(jī)制團(tuán)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(shí)，就會(huì)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(tuán)隊(duì)研究的機(jī)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(jī)械載體被整合到塑料中時(shí)，它們會(huì)受到施加在塑料上的力，因此會(huì)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(tuán)隊(duì)的最新工作基于類似的原理，但有所不同。他們開發(fā)的機(jī)械團(tuán)不會(huì)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(jī)械團(tuán)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(gè)過程被稱為機(jī)械化學(xué)門控。一旦進(jìn)入這種化學(xué)接受狀態(tài)，它們就會(huì)在化學(xué)浴中&ldquo;發(fā)育&rdquo;，將另一個(gè)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(gè)中心的機(jī)械反應(yīng)分子。&rdquo;&ldquo;這使它成為一個(gè)通用的化學(xué)平臺(tái)，因?yàn)橹灰淖兡阍诘诙街惺褂玫幕瘜W(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(tái)的演示，Robb實(shí)驗(yàn)室的研究人員準(zhǔn)備了一張含有他們的新機(jī)械團(tuán)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(duì)塑料進(jìn)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(lán)色。最后，再對(duì)塑料進(jìn)行第三次刻印，并進(jìn)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(gè)彩色的花朵圖像。由于dasa也會(huì)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(xiàng)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(shí)驗(yàn)室正在努力進(jìn)一步利用與DASAs光響應(yīng)相關(guān)的時(shí)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(shí)驗(yàn)室/加州理工學(xué)院</p> <p><br />他說:&ldquo;這對(duì)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(xiàng)工作的論文題為&ldquo;使機(jī)械化學(xué)多色軟光刻成為可能的供體-受體Stenhouse加合物的機(jī)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(xiàng)研究的資金由加州理工學(xué)院和國家科學(xué)基金會(huì)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(diǎn)。</p> </blockquote>