自然界中，植物的生长高度依赖阳光。在弱光条件下生长的植物常会出现新叶黄化现象。这是因为在紫外光照射下，Fe³⁺被还原为Fe²⁺，而Fe²⁺的缺乏会导致植物合成叶绿素的能力下降，最终影响其生长。受植物生长过程中铁离子光还原促进生长现象的启发，上海交通大学史子兴团队提出了一种构筑双网络材料的新策略。该策略首先利用Fe³⁺与羧基之间的配位作用构建第一网络，随后通过铁离子的光还原促进第二网络的生长。通过这一方法，该工作实现了力学性能的显著提升，断裂应力从最初的1.50 MPa提高至改性后的29.38 MPa。此外，通过采用选区光照的方法，该工作探索了材料的光学方面应用，实现了可擦除与写入的图案化、水响应驱动、二维到三维形状转变以及各向异性材料的制备。该工作在智能驱动器、信息存储等领域具有广阔的应用潜力。

  相关研究以“Revisiting Iron’s Role in Nature to Fabricate Functional Elastomer With Tunable Mechanical Properties and Promising Optical Applications”为题发表在Adv. Funct. Mater.上，通讯作者为上海交通大学史子兴教授，第一作者为上海交通大学研究生陈骏逸。

  近期，上海交通大学史子兴教授团队设计了一种新型双网络聚合物（图1）。利用氯化铁（FeCl₃）的配体向金属电荷转移过程（Legand-to-Metal Charge Transfer, LMCT），在紫外光照射下产生自由基。在这一新型材料体系中，FeCl₃发挥着若干关键且独特的作用。首先，FeCl₃交联邻二羧基改性的聚苯乙烯-嵌段-聚丁二烯-嵌段-聚苯乙烯（SBS），形成第一网络。其次，FeCl₃作为光引发剂，引发吸附的亲水性单体发生原位聚合，促进第二聚合物网络的生长。所形成的第二网络与第一网络相互贯穿，显著增强了材料的力学性能。最后，FeCl₃的光引发作用可通过选区光照进行空间调控，从而实现网络结构的精确图案化及各向异性材料的制备。利用FeCl₃配位与光引发的协同作用，结合光的时空可控性，有望在机械性能和光学性能方面取得突破性进展。

图1 新型双网络材料的设计思路

  图2展示了铁离子配位网络的制备方法及性能表征。通过在SBS上接枝邻二羧基得到SBS-COOH，并利用Fe³⁺与羧基的配位作用构建交联网络（SBS-COOH-Fe）。多种表征手段（¹H NMR、ATR-FTIR、UV-vis、XPS）证实了接枝成功、配位形成以及紫外光照下铁离子的还原。配位交联显著提升了材料的机械性能，同时紫外光照后配位网络会出现部分解离。在此该工作实现了材料交联度与力学性能的光控可逆调节。

图2 铁离子配位网络的制备方法及性能表征

  图3展示了双网络材料的制备方法及性能表征。该工作将SBS-COOH-Fe在亲水性单体DMAPMA中溶胀后，通过紫外光引发原位聚合形成第二网络。ATR-FTIR及XPS证实了原位聚合的成功引发及紫外光的梯度效应。聚合后机械性能显著提升，断裂应力高达29.38 MPa，凝胶率增至96.72%，能量耗散能力也出现了大幅增强。通过DMA和AFM说明了聚合前后玻璃化温度与相结构的变化。通过重复紫外光照和额外加入热引发剂的方法实现了材料的二次聚合。该工作在改善材料机械性能，构建三维结构等方面展现出显著的应用前景。

图3 双网络材料的制备方法及性能表征

  图4、图5展示了材料通过选区光照实现的一些应用。例如，图案化的写入与擦除；偏光下彩色图案的可逆显现；二维到三维的形状转变及各向异性材料的制备；通过拉伸-释放操作实现三维结构的构建等。上述应用展示了材料在信息存储、加密及智能驱动领域的潜力。

图4 材料在可逆图案化，显影等方面的应用

图5 材料在二维到三维形状转变方面的应用

  受植物生长中三价铁离子光还原过程的启发，上海交通大学史子兴教授团队提出了一种聚合物制备的新策略。该策略通过FeCl₃引发原位聚合制备“可生长”的双网络材料，实现了材料显著的力学性能提升，断裂应力从原始SBS的1.50 MPa提高到双网络材料的29.38 MPa。利用配位化学与光引发聚合的协同作用将软弹性体转变为高性能的光响应材料，从而解锁了材料的多种功能，包括可重复擦除与写入的图案化、水响应驱动、可编程三维成型及各向异性力学设计。该工作将生物学原理与材料科学联系了起来，为双网络聚合物的设计提供了思路，在柔性电子、智能驱动器和信息存储技术等领域具有显著的应用潜力。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.76843

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