智能高分子納米復合材料是具有多種光學、電學和機械性能的多組分、多功能納米材料,其特點是具有響應性、適應性和可重構性等動態行為。這些動態行為使它們有別于傳統的靜態且被動的高分子納米復合材料,并在各種應用中具有巨大潛力。然而,要在這些納米材料體系中實現動態行為,通常需要溶劑或加熱環境來促進高分子鏈和納米粒子的運動,這限制了它們的實用性。因此,設計能在無溶劑和室溫條件下有效實現動態行為的智能聚合物納米復合材料體系是一項重大挑戰。
圖1. Au@P-1的結構和光響應特性。a) Au@P-1的核殼結構。b、c) Au@P-1孤立納米粒子的原子力顯微鏡高度和相位圖像。插圖為放大圖像。d) 通過旋涂制備的Au@P-1薄膜在初始狀態、紫外光照射后和隨后的可見光照射后的紫外-可見吸收光譜。e) Au@P-1的光異構化。f) 在循環紫外光和可見光照射期間Au@P-1薄膜的吸收最大值。g) 兩個Au@P - 1立方體在初始狀態、紫外光照射后、可見光照射后以及隨后用針劃痕后的情況。Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
圖2. 偶氮苯高分子納米復合材料的光控固體-流體轉變。a、b) 反式和順式Au@P-1以及Au@P-7的溫度依賴流變學數據。c) 有無光控固體-流體轉變的偶氮苯高分子-金納米粒子復合材料。σ表示偶氮聚合物的接枝密度,N表示聚合度。d、e) Au@P-1和Au@P-7薄膜的掃描電子顯微鏡圖像,以及Au@P-1和Au@P-7粉末在紫外光照射前(左)后(右)的光學顯微鏡圖像。f - h) AuNR@P、QD@P-1和Fe?O?@P的示意圖和透射電子顯微鏡圖像,以及它們的粉末在紫外光照射前后的顯微鏡圖像。Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
作者進一步結合PRINT和光掩膜輔助的圖案化技術制備了可重構多尺度圖案(圖4)。作者先在Au@P-1薄膜上壓印納米柱,再用灰度光掩模使紫外光選擇性照射部分納米柱,使其液化坍塌,最后可見光固化實現圖案化。形成的多尺度圖案中的光學差異源于復合材料吸收、納米柱結構色和光掩模微結構,且圖案可以擦除重構。
圖4. 可重構多尺度圖案。a) 在Au@P-1薄膜上制備可重構多尺度圖案。通過用紫外光和可見光照射薄膜來實現擦除。b - d) 三個灰度光掩模的照片。e) 原始狀態的Au@P-1薄膜、壓印納米柱后的薄膜、通過灰度光掩模進行光圖案化后的薄膜以及兩次重構后的薄膜。f - h)平整薄膜、壓印薄膜和多尺度圖案化薄膜的光學顯微鏡圖像和原子力顯微鏡高度圖像。Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
圖5. 智能光學材料。a) 在PET基板上的三種可重構復合材料QD@P - n(n = 1,2,3)噴墨打印薄膜區域的熒光照片(254nm光照)。b) 蘑菇圖案的熒光圖像和兩個區域的原子力顯微鏡高度圖像。c) QD@P-1薄膜壓印區域和平整區域的熒光光譜。d) 通過365nm光照擦除圖案。e) 制備物理不可克隆功能(PUF)圖案的示意圖。f) 激光散斑像的照片。g) PUF圖案的放大圖像。h) 像素化的PUF圖案。i、j) 通過激發所有三個區域和僅激發區域3獲得的區域3的熒光圖像。k) 平坦正方形薄膜和壓印正方形薄膜的熒光圖像。除(d)外,激發波長為254nm。Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
綜上所述,吳思團隊開發了具有光控可逆固體-流體轉變特性的高分子納米復合材料,并通過納米壓印實現了可重寫、可糾錯、可重構的智能納米材料的構建。
該工作得到了國家自然科學基金、中央高校基本科研業務費專項資金、合肥市自然科學基金、安徽省自然科學基金等項目的資助。
論文鏈接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202408159
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.202408159
https://doi.org/10.1002/adma.202408159
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