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東南大學(xué)楊洪教授課題組在光致形變高分子材料研究領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展

2017-08-29 15:01:48 作者：本網(wǎng)整理來源：新浪新聞分享至：

日前，東南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院楊洪教授課題組在近紅外光致形變高分子材料研究領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，科研團(tuán)隊研制了第一例以化學(xué)鍵合方式直接嵌入近紅外光熱轉(zhuǎn)換基團(tuán)的液晶彈性體材料，具有超快響應(yīng)速度和超強(qiáng)力學(xué)性能。該研究成果于近日發(fā)表在國際頂級期刊《美國化學(xué)會志》雜志上。

近紅外光致形變高分子材料在仿生器件、軟機(jī)器人等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的近紅外光致形變高分子材料都是采用物理摻雜的方式，將光熱轉(zhuǎn)換試劑、上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料等摻入聚合物（如液晶彈性體、水凝膠等）基底，從而在近紅外光照條件下引發(fā)高分子材料的相變、溶脹等效應(yīng)，產(chǎn)生光致形變。然而，由于摻雜的各種試劑與聚合物基底之間存在一個溶解度的問題，會導(dǎo)致一個兩難選擇：摻雜量過低會減慢光響應(yīng)速度，摻雜量過高會降低材料的力學(xué)性能。

以化學(xué)鍵合方式在聚合物中直接嵌入近紅外光熱轉(zhuǎn)換基團(tuán)是解決以上科學(xué)問題的最佳方案。東南大學(xué)科研團(tuán)隊設(shè)計了一個含四臂末端烯基的噻吩-克酮酸菁分子，其既具備近紅外光熱轉(zhuǎn)換效應(yīng)，同時作為交聯(lián)劑；發(fā)展了一個兩步非環(huán)烯烴易位聚合交聯(lián)的制備策略，實現(xiàn)了以化學(xué)鍵合方式直接嵌入近紅外光熱轉(zhuǎn)換基團(tuán)的主鏈型液晶彈性體材料。

由于體系內(nèi)近紅外光熱轉(zhuǎn)換基團(tuán)的含量高達(dá)17wt%，且均勻有序分散，該液晶彈性體材料具備超快的光響應(yīng)速度，在808 nm近紅外光照（0.83 W·cm?2）下，材料體系溫度可以在8秒內(nèi)從室溫升到260 oC以上，3~4秒內(nèi)完成可逆的光致收縮。此外，得益于主鏈型液晶彈性體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，該材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能，各向同性相的彈性模量仍可以保持在1.4 MPa左右，比傳統(tǒng)的側(cè)鏈型液晶彈性體提高了一個數(shù)量級；在近紅外光照下，可以拉起自身重量5680倍的物體。

該工作獲得了國家自然科學(xué)基金委（21374016項目）和江蘇省自然科學(xué)基金（BK20170024項目）的資助，學(xué)術(shù)論文日前發(fā)表在《美國化學(xué)會志》雜志（Li Liu, Mei-Hua Liu, Lin-Lin Deng, Bao-Ping Lin, Hong Yang.*“Near-Infrared Chromophore Functionalized Soft Actuator with Ultrafast Photoresponsive Speed and Superior Mechanical Property”。 J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 11333-11336.）。

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