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도쿄(東京)공업대학 물질공학원 응용화학계 연구그룹이 고분자의 결정 성장 과정을 형광을 통해 시각화·정량 평가하는 데 성공함.

고분자 결정화 과정을 규명하는 것은 재료의 강도·투명성·성형 가공법 등에 관련된 중요한 과제이지만, 지금까지 결정 성장 과정을 형광에 의해 시각화·정량 평가 방법은 없었음. 

연구진은 결정화 과정에서 발생하는‘미세한 힘’을 감지, 형광을 발하는 특수한 분자를 이용하여 형광현미경을 통해 결정화 과정을 가시화·계량하는 데 성공하고, ‘공초점형광현미경’을 이용함으로써 입체 관찰도 가능하게 함.  

연구진은 지금까지‘테트라아릴석시노니트릴(tetraaryl succinonitrile, TASN)’이라 불리는, 역학적인 자극에 의해 분자의 중앙에 있는 탄소–탄소 결합이 균일 개열(開裂)하고 분홍색 착색 및 자외선(365nm) 조사 하에서 노란색 형광을 발하는‘안정 래디컬’을 부여하는 특수 역학 응답 분자를 개발함. 역학적 자극에 의한 분열을 통해 형광성 안정 래디컬을 발생하는 TASN 골격을 결정성 폴리에스테르 분자 사슬 중앙에 도입하고, 폴리에스테르의 결정화 과정에서 발생하는 안정 래디컬을 직접적으로 시각화·정량화 하는 데 성공함.  

본 연구 성과를 통해 향후 다양한 고분자의 결정화 과정이 시각화 되면, 결정성 고분자 재료의 설계 지침의 제안뿐만 아니라 고분자 재료의 가공법에도 큰 파급 효과를 가져 올 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 Nature Communications (Crystallization-induced Mechanofluorescence for Visualization of Polymer Crystallization)에 게재됨.