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  溫敏聚合物具有在溫度改變時做出實時、可逆響應的能力，使其在眾多智能材料中脫穎而出。目前研究較多的是具有低臨界相溶溫度（LCST）的溫敏聚合物。但是普通的溫敏聚合物也具有明顯的缺陷：其轉變行為劇烈，轉變區域極窄。以聚（N-異丙基甲基丙烯酰胺，PNIPAM）為例，其在極小的溫度區間內（通常為1 ℃），即從舒展變為收縮狀態。極窄的轉變區域在一定程度上限制了其應用范圍和領域。例如，利用PNIPAM的舒展/收縮以調節織物孔隙大小，控制織物透氣性和保暖性。但極窄的轉變區域，無法實現隨外界溫度升高而逐步收縮，線性地增加織物透氣性。

  針對這一問題，浙江理工大學鐘齊副教授團隊利用丙烯酸酯類溫敏聚合物的轉變溫度（TT）與側鏈所含乙氧基數相關的特性，利用自由基沉淀聚合將側鏈含2個乙氧基的2-甲基-2-丙烯酸-2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯（MEO₂MA，TT=25 ℃）、8-9個乙氧基的寡聚環氧乙烷甲基丙烯酸酯（OEGMA₃₀₀，TT=60 ℃）與甲基丙烯酸乙二醇酯（EGMA）共聚制備獲得了具有規整尺寸的溫敏微凝膠（圖1a）。獲得的微凝膠不僅在寬溫度區間內具有良好的溫度線性響應特性（圖1b）；并且微凝膠表面在日常穿著中（20-50 ℃），接觸角均小于50°，具有良好的親水性（圖1c）。

圖1：（a）P(MEO₂MA-co-OEGMA₃₀₀-co-EGMA)溫敏微凝膠的SEM圖；（b）微凝膠在升溫過程中的粒徑線性變化；（c）微凝膠在20-50 ℃范圍內的接觸角變化。

  在此基礎上，利用微凝膠中EGMA所含的羥基，將其交聯固定于棉織物表面后，不僅實現了棉織物的透濕性隨溫度升高的線性增加（圖2a），提升了衣物穿著的舒適度；并且借助微凝膠表面的親水性，達到了良好的抑制細菌粘附功能（圖2b）。相關研究成果已發表于ACS Applied Materials & Interfaces（ACS Appl. Mater. & Inter. 2019, 11, 30269-30277）。

圖2：交聯P(MEO₂MA-co-OEGMA₃₀₀-co-EGMA)溫敏微凝膠的棉織物：（a）透濕率隨溫度的線性變化（黑點：原棉；紅點：增重率15%；藍點：增重率30%）；（b）30 ℃下抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌粘附（黑色柱：增重率15%；紅色柱：增重率30%）；（c）交聯微凝膠的棉織物線性調控透濕性和抑制細菌粘附的示意圖。

  除了在智能紡織品領域的應用，鐘齊副教授團隊還將具有溫度線性響應特性的微凝膠應用拓展至紅外探測器。通過MEO₂MA 、OEGMA₃₀₀和丙烯酸（AA）制備P(MEO₂MA-co-OEGMA₃₀₀-co-AA)溫敏微凝膠，利用其同樣具有的線性響應特性與金納米棒的表面等離子體共振效應相結合，借助金納米棒在紅外輻照下能夠共振發熱且發熱量與紅外強度成正比的特點，結合溫敏微凝膠對溫度的線性響應特性，首次制備獲得了基于溫敏微凝膠的紅外薄膜探測器（圖3）。

圖3：將具有溫度線性響應特性的P(MEO₂MA-co-OEGMA₃₀₀-co-AA)溫敏微凝膠與金納米棒結合，制備紅外薄膜探測器的示意圖。

  制備獲得的紅外薄膜探測器，其膜厚隨著紅外輻照強度的提升而呈線性下降（圖4a）。由于水的電阻遠大于聚合物，當溫敏微凝膠線性收縮排水后，其電阻亦表現出了線性響應特性（圖4b）。與膜厚的測量需要特殊儀器相比，薄膜的電阻可以方便地通過電阻儀獲得，極大程度地方便了該類紅外薄膜探測器的使用。此外，該類紅外薄膜探測器亦具有快速響應特性，在施加紅外輻照后，薄膜能夠快速響應，并且具有良好的可重復性（圖4c）。

圖4：基于P(MEO₂MA-co-OEGMA₃₀₀-co-AA)溫敏微凝膠和金納米棒的紅外薄膜探測器：（a）薄膜厚度隨紅外輻射強度的變化；（b）薄膜電阻隨紅外輻射強度的變化；（c）薄膜電阻在紅外輻射開/關循環中的變化（藍點：無金納米棒；黑點：0.05wt%金納米棒溶液；紅點：0.2wt%金納米棒溶液）。

  由于該紅外薄膜探測器僅需在基底上通過簡單旋涂微凝膠和金納米棒的混合溶液即可獲得，且紅外響應靈敏，能夠應用于可穿戴設備和電子皮膚等眾多領域。相關研究成果已發表于ACS Applied Materials & Interfaces（ACS Appl. Mater. & Inter. 2020, 12, 34180-34189）。

  論文的第一作者為浙江理工大學碩士生谷攀，通訊作者為鐘齊副教授，共同通訊作者為浙江理工大學戚棟明教授、上海工程技術大學王際平教授。該課題研究獲得了國家自然科學基金（項目批注號：51403186、51611130312），浙江理工大學基本科研業務費專項資金資助（項目批注號：2019Q015）和教育部留學回國人員科研啟動基金資助。

  原文鏈接：

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b09294

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c08049

  下載：

  1、Linear Control of Moisture Permeability and Anti-adhesion of Bacteria in a Broad Temperature Region Realized by Cross-Linking Thermoresponsive Microgels onto Cotton Fabrics
  2、Infrared Thin Film Detectors Based on Thermoresponsive Microgels with Linear Shrinkage Behavior and Gold Nanorods