最近,英國皇家化學會(RSC)的旗刊(Flag Journal)Chemical Science發表了復旦大學高分子系邵正中-陳新聯合課題組與彭慧勝教授、英國牛津大學David Porter教授以及荷蘭奈梅亨大學Dennis L?wik博士合作的關于基于兩親性多肽自組裝制備具有超快速可逆熱致變色性能材料的最新研究成果,這是復旦大學博士研究生郭輝作為第一作者所完成的工作,詳見: Hui Guo, Jinming Zhang, David Porter, Huisheng Peng, Dennis W. P. M. L?wik, Yu Wang, Zhidong Zhang, Xin Chen and Zhengzhong Shao*. Ultrafast and Reversible Thermochromism of Conjugated Polymer Material Based on Assembling of Peptide Amphiphiles.Chemical Science 2014, 5, 4189–4195.
自然界中存在著許多有趣的變色現象,例如變色龍可以在幾秒鐘內在光或熱的刺激下改變顏色。制備具有類似變色性能的仿生材料是人們一直以來的追求,其中共軛聚合物,例如聚丁二炔材料就具有熱致變色性能。然而,這類人造材料存在一些局限性:首先,這類材料的適用溫度通常在50-90 °C,這就大大限制了其使用溫度范圍;其次,這類材料一般是以粉末狀或者膜材料的形式存在,這也不符合科技發展對材料的需求,特別是當今炙手可熱的可穿戴設備對材料的要求。
在此工作中,研究者將絲蛋白序列多肽引入到聚二炔中作為側鏈,通過氫鍵形成的β折疊的固定作用來實現聚二炔材料的超快速并且可逆的熱致變色,其適用溫度甚至達到了200 °C。此材料能夠在1秒鐘內發生多次的顏色變化,在5000 K/s的變溫速率下仍有變色性能。此材料另外一個優勢得益于多肽的自組裝性能,即能夠以任意維度的形式存在,包括纖維、膜、塊狀凝膠甚至噴涂溶液。另外,通過改變分子設計中烷烴鏈部分的長度,可以有效地控制顏色變化發生的溫度,并得到了相應的能量計算驗證。總之,該材料作為感應材料具有良好的應用前景。
基于兩親性多肽自組裝所制備的超快速可逆熱致變色材料及變色機理示意圖
該論文于2014年7月22日在線發表的同時,RSC旗下的科普刊物《化學世界》(Chemical World)對其進行了熱點報道(http://www.rsc.org/chemistryworld/2014/07/colour-change-polymer-thermochromic-polydiacetylene);美國化學會(ACS)的《科學美國人》(Scientific American )(http://www.scientificamerican.com/article/plastics-change-color-and-back-in-less-than-1-second/)隨即對報道進行了轉載;稍后,加拿大的《塑料新聞》(Plastics News)也對此項工作予以了追蹤(http://www.plasticsnews.com/article/20140730/NEWS/140739994/new-polymer-changes-color-in-seconds)。
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