近日，我院田锐博士、吕超教授研究团队在《ACS Central Science》发表题为“Three-Dimensional Visualization for Early-Stage Evolution of Polymer Aging” (ACS Cent. Sci.2020,https://dx.doi.org/10.1021/acscentsci.0c00133)的研究论文。
聚合物材料在日常生活、生物医学和国防军事等领域具有广泛应用。当聚合物产品暴露在外界环境中，在光、氧、热等条件下会不可避免的发生老化。聚合物老化会导致聚合物的结构变化、形态分解、功能失效，甚至会造成严重的事故，威胁人们的生命财产安全。然而，目前对聚合物老化的检测方法灵敏度差、仅能在材料严重老化时从宏观尺度上提供统计学检测结果。因此，急需发展一种在聚合物老化早期对聚合物的灵敏、无损检测判定方法。
为解决这一问题，基于段雪院士的启发与建议，该研究团队提出了一种基于荧光识别的聚合物老化早期可视化（Early-Stage Visualization, ESV）研究方法。利用带有硼酸的荧光分子特异性靶向聚烯烃类（以聚丙烯为例）热氧老化生成的羟基基团，通过三维荧光成像实现了对聚合物老化的早期、无损监测。对于在同等条件下老化的聚丙烯材料，使用该方法可以在老化20分钟后检出老化现象，而传统红外光谱在老化21天后仍检测不到信号。另外，该方法成功实现了对聚丙烯老化过程的三维动力学拟合分析，结果表明老化过程在聚合物水平方向上比在垂直方向上发展更快。该方法成功地提出了一种三维、无损的聚合物老化早期判定方法，为多维度分析聚合物老化过程提供了有力依据，为进一步设计和构筑抗老化材料提供了重要参考。
本文第一作者是化学学院张泽坤博士(导师是吕超教授)，田锐博士、吕超教授是共同通讯作者，北京化工大学为唯一完成单位。本研究工作得到了国家自然科学基金的资助。