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東南大學楊洪教授課題組在光致形變高分子材料研究領域取得突破性進展

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

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

近紅外光致形變高分子材料在仿生器件、軟機器人等領域有很好的應用前景。傳統的近紅外光致形變高分子材料都是采用物理摻雜的方式，將光熱轉換試劑、上轉換發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高分子材料的相變、溶脹等效應，產生光致形變。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，會導致一個兩難選擇：摻雜量過低會減慢光響應速度，摻雜量過高會降低材料的力學性能。

以化學鍵合方式在聚合物中直接嵌入近紅外光熱轉換基團是解決以上科學問題的最佳方案。東南大學科研團隊設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換效應，同時作為交聯劑；發展了一個兩步非環烯烴易位聚合交聯的制備策略，實現了以化學鍵合方式直接嵌入近紅外光熱轉換基團的主鏈型液晶彈性體材料。

由于體系內近紅外光熱轉換基團的含量高達17wt%，且均勻有序分散，該液晶彈性體材料具備超快的光響應速度，在808 nm近紅外光照（0.83 W·cm?2）下，材料體系溫度可以在8秒內從室溫升到260 oC以上，3~4秒內完成可逆的光致收縮。此外，得益于主鏈型液晶彈性體的結構設計，該材料具有優異的力學性能，各向同性相的彈性模量仍可以保持在1.4 MPa左右，比傳統的側鏈型液晶彈性體提高了一個數量級；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基金委（21374016項目）和江蘇省自然科學基金（BK20170024項目）的資助，學術論文日前發表在《美國化學會志》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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責任編輯：殷鵬飛

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