隨著生物傳感技術(shù)和軟機(jī)器人技術(shù)正在朝著結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和智能化的方向發(fā)展，而凝膠作為一種潛在的材料，經(jīng)常受到復(fù)雜的循環(huán)載荷。在多次負(fù)載下，凝膠中發(fā)生局部損傷積累，導(dǎo)致裝置突然失效。凝膠的斷裂主要涉及三個過程：裂紋萌生、穩(wěn)態(tài)裂紋擴(kuò)展和瞬態(tài)斷裂。在裂紋起始階段，凝膠在重復(fù)的循環(huán)載荷下疲勞，導(dǎo)致肉眼幾乎看不到的小裂紋。一旦裂紋出現(xiàn)，它們就會進(jìn)入穩(wěn)態(tài)裂紋擴(kuò)展階段，疲勞裂紋在應(yīng)力集中的作用下沿聚合物鏈進(jìn)一步擴(kuò)展，凝膠表現(xiàn)出明顯的宏觀損傷和進(jìn)一步的斷裂和失效。因此，實時監(jiān)測疲勞損傷和凝膠斷裂過程的可視化非常重要。
蘇州大學(xué)嚴(yán)鋒教授團(tuán)隊采用碳化聚合物量子點（CPD）團(tuán)簇的力致限域發(fā)光增強(qiáng)的方法制備了韌性凝膠，實現(xiàn)了斷裂過程可視化和疲勞損傷的監(jiān)測。在限域空間中，團(tuán)簇與聚合物之間的作用力增強(qiáng)的相互作用抑制了非輻射躍遷，促進(jìn)了輻射躍遷，從而將疲勞損傷量化為光信號。
圖2.CPD 凝膠相互作用和光學(xué)特性的表征。
圖4.CPD 凝膠的機(jī)械性能。
圖5.CPD 凝膠的典型應(yīng)用。
該研究開發(fā)了具有力誘導(dǎo)熒光增強(qiáng)和良好力學(xué)性能的凝膠，以實現(xiàn)斷裂過程的可視化和疲勞損傷的預(yù)警和監(jiān)測。聚合物和納米顆粒之間相互作用的增加增強(qiáng)了吸收光子能量的利用效率和單分子的熒光發(fā)射強(qiáng)度，將凝膠材料的疲勞損傷量化為最直接的光信號。CPD 凝膠具有良好的力學(xué)性能和力誘導(dǎo)熒光增強(qiáng)能力，有望廣泛應(yīng)用于材料裂紋可視化和檢測、軟機(jī)器人和信息安全等領(lǐng)域。
文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202413874
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