四川大学张新星教授团队 Angew:动态化学策略制备可逆荧光共晶凝胶用于共形加密
2023-10-10 来源:高分子科技
自然界中,章鱼等头足类生物具有改变体色、高强粘附和自我修复等功能来达到捕食和伪装的目的,从而适应复杂多变的生存环境。受其启发,科学家设计开发了一系列智能刺激响应材料用于各种领域。在全球面临数据安全挑战和假冒伪造产品泛滥的背景下,研究能够对外界环境刺激响应的智能荧光材料在信息加密和防伪领域具有重要意义。然而,传统荧光材料通常缺乏荧光可调性或溶剂接触式刺激、表面适应性粘附不足等问题,阻碍了其广泛应用。
受发光吸盘章鱼的启发,四川大学张新星教授课题组在前期研究 (Nat Commun. 2023, 14, 814; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202303446; Nat. Commun. 2021, 12, 1291)基础上,通过动态化学的分子设计,将蒽作为动态光响应功能单元引入到可聚合深共晶溶剂中构建动态交联网络,开发了一种新型荧光共晶凝胶材料。利用蒽的动态光化学反应,该凝胶表现出荧光可调的特性,可由非接触式刺激写入/擦除荧光图案。基于动态交联网络的设计,共晶凝胶表现出优异的界面适应性粘附性能,可粘附于各种基体表面,并随基体发生可逆共形变形而不脱落。同时,在重复使用出现破损后,共晶凝胶可在室温下自我修复以避免信息丢失,实现材料的共形加密与长期稳定循环使用。此外,利用材料的自粘附性能、高透明度和可拉伸性,可实现在紫外光照射和拉伸条件下的双重加密。该工作采用动态化学策略,构建了动态共价和非共价网络,同时实现荧光调控、共形粘附和自修复性能,为新型动态可循环防伪材料的发展和应用提供新方法。
图1. 荧光共晶凝胶的设计策略
蒽单元可以在不同波长的紫外光刺激下,发生高效可逆[4+4]二聚反应,其富电子π-π共轭结构也相应发生变化。利用光致可逆化学反应,共晶凝胶表现出荧光可调的特性。基于动态交联网络的设计,共晶凝胶能够在不同基体表面适应性粘附以及破损后自修复,实现材料的共形加密与长期稳定循环使用。
图2. 动态非共价相互作用及性能表征
利用独立梯度模型(IGM)和密度泛函理论(DFT)直观展示了共晶凝胶组分间间的弱相互作用,温度相关二维红外测试也证实了体系中多重氢键的成功构筑。共晶凝胶中丰富的功能基团等可以与不同基体表面形成氢键、阳离子-π、静电吸附、配位键等多种动态非共价相互作用,从而粘附于各种基体表面,并随基体发生可逆共形变形而不脱落。不同于胶水等不可逆机械粘结,共晶凝胶可多次循环粘附使用且不会对基底造成污染或破坏。
此外,防伪材料在使用过程中不可避免地产生裂纹和破损,会导致存储信息的丢失。所制备的共晶凝胶具有高密度动态非共价相互作用,赋予了材料多次室温修复性能,进而提高信息的稳定性,并延长材料的使用寿命。
图3. 共形防伪加密应用展示
上述工作以题为“Photoswitchable and Reversible Fluorescent Eutectogels for Conformal Information Encryption”的文章发表于《Angewandte Chemie International Edition》上。论文第一作者为四川大学高分子研究所硕士生李长春,通讯作者为四川大学高分子材料工程国家重点实验室张新星教授。本工作得到国家自然科学基金(52173112和52373116)、国家高层次人才特殊支持计划青年项目和四川省杰出青年科学基金(2021JDJQ0017)的资助支持。
论文链接:https://doi.org/10.1002/anie.202313971
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(责任编辑:xu)
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