阿爾伯塔大學(xué)曾宏波教授團(tuán)隊(duì) ACS Nano: 用于可逆透明光學(xué)開關(guān)的水凝膠涂層
2025-03-04 來源：高分子科技
在水中膨脹的功能性軟材料常常會(huì)出現(xiàn)表面皺褶，這種現(xiàn)象類似于人體皮膚在長(zhǎng)時(shí)間浸泡后形成的皺紋，通常會(huì)導(dǎo)致光學(xué)透射率降低。相反，在水下透明而在空氣中不透明的功能材料卻罕有報(bào)道，盡管后者在智能窗戶、潛望鏡和信息加密等領(lǐng)域具有更廣闊的應(yīng)用前景。
圖1 具有可逆透明性的PDMS水凝膠涂層的模型示意圖以及微觀/宏觀形貌
近期，加拿大阿爾伯塔大學(xué)曾宏波教授團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)田煜教授團(tuán)隊(duì)合作報(bào)道了一種具有可逆透明性的水凝膠涂層。該涂層由聚二甲基硅氧烷（PDMS）上的聚丙烯酰胺層組成，展示了在空氣/干態(tài)條件下不透明與在水或濕潤(rùn)條件下高度透明之間的可逆轉(zhuǎn)變（圖1）。在吸水膨脹后，水凝膠層的透射率從空氣中的7.8%顯著提高到77.1%，并具有優(yōu)異的重復(fù)性（圖2）。這種行為使得其在光學(xué)加密/解密和水畫本等應(yīng)用中成為可能。微觀結(jié)構(gòu)分析表明，光學(xué)切換源于水凝膠膨脹時(shí)表面粗糙度的降低和折射率的變化。此外，當(dāng)用作智能窗戶時(shí)，水凝膠層有效地將太陽能傳輸減少了36%，在陽光直射下實(shí)現(xiàn)了5.09°C的降溫（圖3）；此外，該系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)在陰雨天時(shí)保存熱量。這項(xiàng)研究工作為光學(xué)加密、交互式書寫系統(tǒng)和智能窗戶技術(shù)提供了新的發(fā)展思路。該工作以“Hydrogel-Coated Polydimethylsiloxane with Reversible Transparency for Advanced Optical Switching”為題發(fā)表在《ACS Nano》上。加拿大阿爾伯塔大學(xué)曾宏波教授（加拿大皇家科學(xué)院和工程院兩院院士）為論文通訊作者，博士后劉宸旭為本文第一作者。
圖2 水凝膠層涂覆PDMS與無涂覆PDMS在空氣或水環(huán)境中的光學(xué)特性、模擬分析及應(yīng)用示例
圖3 利用水凝膠層涂覆PDMS作為智能窗戶的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)試圖及戶外測(cè)試性能結(jié)果
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.4c17403
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（責(zé)任編輯：xu）
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