Forcer

Nature Communications volume 13, Numéro d'article : 3231 (2022) Citer cet article

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Les liaisons CN force réversibles, résultant de la réaction chimique clic entre la triazolinedione (TAD) et les dérivés de l'indole, offrent des opportunités passionnantes à l'ingénierie au niveau moléculaire pour concevoir des matériaux qui répondent aux charges mécaniques. Ici, nous avons montré que les adduits TAD-indole, agissant comme points de réticulation dans les polymères réticulés de manière covalente à l'état sec, permettent aux matériaux d'afficher une réactivité aux contraintes réversible en temps réel, déjà à température ambiante. Alors que la réaction exergonique TAD-indole entraîne la formation d'adduits stables au laboratoire, il a été démontré qu'ils se dissocient à température ambiante lorsqu'ils sont intégrés dans un réseau polymère et soumis à une force d'étirement pour récupérer les produits d'origine. De plus, le fragment TAD naissant peut être recombiné spontanément et immédiatement après dissociation avec un partenaire de réaction indole à température ambiante, permettant ainsi l'ajustement de la conformation du segment polymère et le maintien de l'intégrité du réseau par des comportements réversibles par force. Dans l’ensemble, notre stratégie représente une méthode générale pour créer des matériaux polymères renforcés réticulés de manière covalente avec une amélioration simultanée de la résistance mécanique et de la ductilité, ce qui est assez difficile à réaliser par les méthodes chimiques conventionnelles.

En raison de leur excellente résistance mécanique et stabilité thermique, les matériaux polymères fabriqués avec des réticulations covalentes ont été largement utilisés dans de nombreux domaines de la vie quotidienne1,2,3,4. La plupart des matériaux polymères réticulés de manière covalente sont utilisés dans des conditions ambiantes, où l'intégrité du réseau polymère covalent affecte directement les propriétés et la durée de vie des matériaux polymères5,6,7,8. Cependant, une perturbation de force à long terme est inévitable dans les polymères réticulés et induit généralement une scission irréversible des liaisons covalentes, entraînant un réseau réticulé chimiquement endommagé9. Ce phénomène affaiblit considérablement les propriétés mécaniques et fonctionnelles des matériaux polymères réticulés de manière covalente, raccourcit leur durée de vie et entraîne même des risques pour la sécurité de leur application.

Généralement, une faible liaison covalente activée par une force peut se rompre préférentiellement afin de dissiper l'énergie provenant d'une perturbation de force externe10,11,12. Actuellement, une série de liaisons covalentes activées par une force faible ont été introduites comme points de réticulation dans des réseaux polymères covalents pour augmenter simultanément la résistance mécanique et la ductilité d'un matériau polymère9,13,14. Malgré le fait que de faibles liaisons covalentes activées par une force pourraient être reformées par une stimulation externe15,16,17,18, telle qu'une irradiation par des UV ou de la lumière visible, un chauffage ou un catalyseur, les liaisons rompues ne peuvent pas être reformées en temps réel dans des conditions ambiantes. , entraînant ainsi des dommages irréversibles au sein du réseau polymère lors du processus d'application à long terme. De plus, le clivage homolytique en radicaux organiques relativement stables a montré une dissociation/association réversible prometteuse. Cependant, les réactions de recombinaison radicalaire sont souvent susceptibles de subir des réactions irréversibles, par exemple avec l'oxygène moléculaire, l'humidité et d'autres molécules environnantes, ce qui constitue un problème dans le contexte de la chimie covalente dynamique20. En particulier lorsqu’elles sont exposées aux conditions ambiantes pendant une longue période, les espèces radicalaires devraient perdre leur capacité à se délier et à se relier. Néanmoins, Otsuka et al.21 ont développé un exemple notable basé sur un lieur difluorénylsuccinonitrile (DFSN) dont la liaison CC centrale est facilement clivée sous contrainte mécanique pour générer une espèce radicalaire relativement stable. Cependant, la récupération tardive des linkers DFSN n’a pas permis leur auto-réassociation en temps réel. En conséquence, le développement d'une liaison covalente dynamique stable à l'environnement avec une réactivité aux contraintes réversible en temps réel offrirait une voie utile vers la conception de multiples fonctions sensibles à la force pour les polymères réticulés de manière covalente, telles que l'amélioration simultanée de la résistance mécanique et de la ductilité, ainsi que de l'adaptabilité aux environnements dynamiques. et l'autonomie du réseau.