近年来，科学家们开发了一系列被称为“机械反应材料”(MRMs)的智能材料，这些材料在机械刺激下表现出荧光、着色、自我修复甚至自我强化的特性。一类这样的材料是机械载体——一种在机械刺激下可以发生小规模化学反应的分子——由于其在制造高功能化聚合物方面的潜在应用而被广泛研究。
例如，自由基型机械载体(RMs)可以经历机械刺激诱导的均裂或中心碳-碳(C-C)键断裂。研究表明，C-C键的性质往往决定了聚合物材料制备的耐热性、自愈性、化学反应以及所得到的聚合物材料的环境温度处理。
为了提高RMs的可靠性，有必要确保在热刺激下的高稳定性，同时保持其机械响应性。然而，对于新型RMs的合成，缺乏合理的设计策略。
在最近发表在《化学科学》杂志上的一项突破性研究中，来自东京工业大学(Tokyo Tech)的大冢秀之教授领导的一组研究人员解决了这个问题。他们提出了一种新的设计策略来开发具有高耐热性和良好的机械响应能力的RMs。
“热断裂和机械断裂之间的关系尚不清楚，这限制了具有预定性能的RMs的发展。因此，我们决定调查决定rm热耐受行为的因素，”当被问及他们研究背后的动机时，大冢教授解释说。
研究小组选择了8种不同的自由基骨架，每一种骨架都被8个不同的官能团取代。理论与实验相结合的分析表明，对于具有相同自由基骨架的RM系列，其热耐受性可以用两个主要因素来解释:自由基稳定能(表征自由基在反应过程中的热力学稳定性)和对位上的Hammett和修正swan - lupton常数(σp)，对应芳香化合物对位官能团的吸电子或给电子能力。
研究人员推测，RMs的热耐受性随着官能团的吸电子能力的提高而提高。他们成功地通过实验验证了他们的假设，合成了基于双芳基氰乙酸酯骨架的RMs。此外，该研究还揭示了在基于共同骨架的RM序列中，单占据分子轨道能级与σp值之间存在负相关。
当前研究中提出的系统设计指南为开发具有预定功能的新型RMs开辟了新的途径，例如高热耐受性和环境条件下的抗过氧化保护。
“除了应用于功能材料之外，RMs还可以促进微观到宏观机械刺激的研究，基于牺牲键的强化材料，以及随后的聚合物传播，”大冢教授说。他总结道:“我们相信，我们的新设计策略将鼓励科学家探索不同的方法，将RMs用于实际和基础研究目的。”
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