中科大李闯教授团队 AFM：利用可见光双向调制聚合物的耗散相变

2023-10-12 来源：高分子科技

相变行为是自然界普遍存在的一种现象，广泛发生在生命系统的微观及宏观尺度上，从而赋予生物体一系列特定的结构和功能。受此启发，人们尝试利用相分离的合理设计，进而开发人工合成相变材料和功能系统，成功实现了自组装和催化反应等过程的时空控制、凝胶等软材料的力学增强、以及仿生结构色的性能调控等诸多功能。人工合成聚合物因具有分子量可设计性和结构灵活性，成为构建仿生相变材料的重要选择之一。近年来，高临界溶液温度（UCST）聚合物因其特有的温敏相变特性而备受关注，目前人们已经能够通过控制聚合物链之间相互作用力进而调节UCST聚合物的相变行为，然而相变过程通常是单向的，缺乏类似生命系统的动态适应性。因此，开发动态调节聚合物原位相变行为的新策略成为高分子相变材料领域新的挑战之一。

近期，中国科学技术大学李闯教授团队报道了利用光作为清洁燃料以非侵入性和高度可逆的方式双向调节UCST聚合物的耗散相变行为。通过引入螺吡喃作为光活性单元，利用其可逆光异构化带来的净电荷增加或减少从而调节聚合物链之间的静电相互作用以及构型重排，最终使其相变温度向更低或更高的方向移动，实现了动态双向调制聚合物的光能耗散相变过程（图1）。

图1螺吡喃功能化的UCST共聚物光诱导相变过程

由于螺吡喃分子具有光耗散特性和暗环境自发松弛特性，UCST聚合物相变过程呈现出高度的动态和可调节性。通过交替打开和关闭光照可以重复且无创地调制溶液的相反透明度变化，并结合光掩模图案化技术从而构建一系列可以暗环境自发擦除的瞬态正/负形状和图案，实现聚合物溶液的高度重复使用性（图2）。

图2 光调控UCST聚合物高度可逆图案化并用于产生浊度互补的正负图案

此外，这种双向相变移动的程度和速度可以通过操纵外部照光条件或改变聚合物的组成/浓度来灵活调节，因此可以严格控制UCST聚合物溶液发生相变过程的时间窗口。利用两种体系相变过程带来的相反浊度变化，可以实现溶液下方覆盖信息的精准按需呈现或隐藏，实现信息的瞬态存储和按需显示（图3）。

图3 控制光照强度和浓度调节相变速率和程度用于信息的保护和显示

利用两种体系完全相反的光致透射率变化，作者又设计并构建了垂直组合双层结构（图4），同样显示出光驱动互补信息存储和双重瞬态加密的巨大潜力，大大提高了信息加密的准确性和安全性。这项研究工作提供了一种利用可见光对聚合物耗散相变进行动态双向时空调制的方法，为设计其他具有类生命般高度可调和适应性特征的相变聚合物材料提供了新思路。

图4 光驱动的透射率变化产生互补图案和形状用于瞬态信息存储和加密

该工作以“Bidirectionally Modulating the Dissipative Phase Transition of UCST Polymers in a Programmable Manner Using Visible Light”为题发表在《Adv. Funct. Mater》上。论文第一作者是中国科学技术大学博士生储昭淼，通讯作者是中国科学技术大学高分子科学与工程系李闯特任教授。该工作得到中国科学技术大学、安徽省自然科学基金的支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202307332

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（责任编辑：xu）

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