阿尔伯塔大学曾宏波教授团队 ACS Nano: 用于可逆透明光学开关的水凝胶涂层
2025-03-04 来源：高分子科技
在水中膨胀的功能性软材料常常会出现表面皱褶，这种现象类似于人体皮肤在长时间浸泡后形成的皱纹，通常会导致光学透射率降低。相反，在水下透明而在空气中不透明的功能材料却罕有报道，尽管后者在智能窗户、潜望镜和信息加密等领域具有更广阔的应用前景。
图1 具有可逆透明性的PDMS水凝胶涂层的模型示意图以及微观/宏观形貌
近期，加拿大阿尔伯塔大学曾宏波教授团队与清华大学田煜教授团队合作报道了一种具有可逆透明性的水凝胶涂层。该涂层由聚二甲基硅氧烷（PDMS）上的聚丙烯酰胺层组成，展示了在空气/干态条件下不透明与在水或湿润条件下高度透明之间的可逆转变（图1）。在吸水膨胀后，水凝胶层的透射率从空气中的7.8%显著提高到77.1%，并具有优异的重复性（图2）。这种行为使得其在光学加密/解密和水画本等应用中成为可能。微观结构分析表明，光学切换源于水凝胶膨胀时表面粗糙度的降低和折射率的变化。此外，当用作智能窗户时，水凝胶层有效地将太阳能传输减少了36%，在阳光直射下实现了5.09°C的降温（图3）；此外，该系统还能够实现在阴雨天时保存热量。这项研究工作为光学加密、交互式书写系统和智能窗户技术提供了新的发展思路。该工作以“Hydrogel-Coated Polydimethylsiloxane with Reversible Transparency for Advanced Optical Switching”为题发表在《ACS Nano》上。加拿大阿尔伯塔大学曾宏波教授（加拿大皇家科学院和工程院两院院士）为论文通讯作者，博士后刘宸旭为本文第一作者。
图2 水凝胶层涂覆PDMS与无涂覆PDMS在空气或水环境中的光学特性、模拟分析及应用示例
图3 利用水凝胶层涂覆PDMS作为智能窗户的实验装置测试图及户外测试性能结果
原文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.4c17403
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（责任编辑：xu）
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