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도쿄(東京)공업대학 물질공학원 응용화학계 연구그룹이 지금까지 평가가 곤란했던 고분자 사슬의 절단에 의해 발생하는 메카노래디컬(mechano-radical)을 분자 프로브를 사용하여 시각화·정량 평가하는 데 성공함. 고분자 재료는 구부림, 압축 등의 역학적 자극을 가함으로써 구성된 고분자 사슬의 일부가 절단되어 서서히 열화(劣化)됨. 이 때 발생하는 초미량의 불안정한 메카노래디컬을 정량적으로 평가할 수 있다면, 고분자 재료의 내구성 평가, 손상 감지, 수명 예측이 가능하게 됨. 연구진은 메카노래디컬을 형광 안정 라디칼로 변환하는 분자 프로브를 고체 고분자 중에 혼합함으로써 고분자 사슬 절단 시 생기는 메카노래디컬을 시각화하고 정량 평가를 실현함. 메카노래디컬이 발생함에 따라 생기는 ‘DAAN 래디컬’을 전자스핀공명(Electron spin resonance, ESR) 측정을 통해 정량 평가했으며, 그 결과, 사용된 폴리스티렌의 분자량이 비교적 작은 경우(분자량 10만 이하), 메카노래디컬 발생량은 분자량에 따라 증가하지만, 분자량이 10만 이상이 되면 일정한 값을 나타내는 것을 확인함. 본 결과는 DAAN 래디컬에서 유래한 형광 강도의 측정 결과에 대응하고 있으며, 고분자 주쇄로의 힘 전달의 용이성을 나타내는 상수인 ‘절단 속도 상수’와의 상관관계도 나타냄. 이로써 H-DAAN을 분자 프로브로 사용하여 메카노래디컬을 정량적으로 평가할 수 있음이 규명됨.

본 연구 성과는 ‘Angewandte Chemie International Edition’ (“Diarylacetnitrile as a Molecular Probe for the Detection of Polymeric Mechanoradicals in the Bulk State via a Radical Chain-transfer Mechanism”) 지에 게재됨.