许多典型的力敏色团,如螺吡喃,螺噻喃,萘吡喃,罗丹明和噁嗪,不仅有力响应,而且对其他刺激(光,热或PH),特别是对光也有反应(图1)。因为这些力敏色团的设计往往参考文献中建立的分子设计和光化学分子的结构-性质关系。对于上述光/力敏色团,紫外光照射通常是比力化学激活更有效更快。可见它们的光致变色特性会对力响应造成严重干扰,进而限制它们在复杂环境中的应用。实现选择性地、专一地力响应对上述力敏色团来说是一个巨大的挑战。此外,调整聚合物结构或力敏色团在聚合物网络中的分布方式是提升力响应块状聚合物的力响应效果的有效方式。其中,互穿网络可以应用于提升材料的力学性能及修饰耐性和热力学特性。因此,基于聚丙烯酸甲酯/聚氨酯互穿网络策略同时实现抑制光致变色和促进力致变色是一个有效而简洁的方式。
图1. 具有光和力响应的力敏色团。其选择性力响应是个挑战。
图2. PMA2.8/PU IPN (P2)的制备及机理示意图。罗丹明力敏色团在P1和P2中光化学和力化学特性。
图3. P1 和P2光照前后的吸收光谱、荧光光谱和照片。
图4. P1、PMAx/PU (x=0.3、1.4、1.8、2.7和2.8)不同溶胀率下的光致变色。
图5. P1和P2的力学特性和力致变色。
最后,他们发现含有罗丹明力敏色团的PMA/PU IPN对力有选择性响应,具有较高的力敏性和力化学活化率。低自由体积限制了罗丹明力敏色团中光诱导的螺内酰胺开环。另一方面,IPN预拉伸效应增强了罗丹明力敏色团的力学性能,促进了力化学活化。此外,他们认为,通过调整单/双网材料的类型,互穿网络策略可以为块状力响应聚合物材料提供抗紫外线、抗腐蚀、耐酸碱等多种功能,促进其在更复杂环境中的应用。
论文链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsmacrolett.3c00749
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