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四川大學張新星教授團隊 Angew:動態化學策略制備可逆熒光共晶凝膠用于共形加密
2023-10-10  來源:高分子科技


  自然界中,章魚等頭足類生物具有改變體色、高強粘附和自我修復等功能來達到捕食和偽裝的目的,從而適應復雜多變的生存環境。受其啟發,科學家設計開發了一系列智能刺激響應材料用于各種領域。在全球面臨數據安全挑戰和假冒偽造產品泛濫的背景下,研究能夠對外界環境刺激響應的智能熒光材料在信息加密和防偽領域具有重要意義。然而,傳統熒光材料通常缺乏熒光可調性或溶劑接觸式刺激、表面適應性粘附不足等問題,阻礙了其廣泛應用。


  受發光吸盤章魚的啟發,四川大學張新星教授課題組在前期研究 (Nat Commun2023, 14, 814; Angew. Chem. Int. Ed2023, 62, e202303446; Nat. Commun2021, 12, 1291)基礎上,通過動態化學的分子設計,將蒽作為動態光響應功能單元引入到可聚合深共晶溶劑中構建動態交聯網絡,開發了一種新型熒光共晶凝膠材料。利用蒽的動態光化學反應,該凝膠表現出熒光可調的特性,可由非接觸式刺激寫入/擦除熒光圖案;趧討B交聯網絡的設計,共晶凝膠表現出優異的界面適應性粘附性能,可粘附于各種基體表面,并隨基體發生可逆共形變形而不脫落。同時,在重復使用出現破損后,共晶凝膠可在室溫下自我修復以避免信息丟失,實現材料的共形加密與長期穩定循環使用。此外,利用材料的自粘附性能、高透明度和可拉伸性,可實現在紫外光照射和拉伸條件下的雙重加密。該工作采用動態化學策略,構建了動態共價和非共價網絡,同時實現熒光調控、共形粘附和自修復性能,為新型動態可循環防偽材料的發展和應用提供新方法。 


1熒光共晶凝膠的設計策略


  蒽單元可以在不同波長的紫外光刺激下,發生高效可逆[4+4]二聚反應,其富電子π-π共軛結構也相應發生變化。利用光致可逆化學反應,共晶凝膠表現出熒光可調的特性;趧討B交聯網絡的設計,共晶凝膠能夠在不同基體表面適應性粘附以及破損后自修復,實現材料的共形加密與長期穩定循環使用。 


2. 動態非共價相互作用及性能表征


  利用獨立梯度模型(IGM)和密度泛函理論(DFT)直觀展示了共晶凝膠組分間間的弱相互作用,溫度相關二維紅外測試也證實了體系中多重氫鍵的成功構筑。共晶凝膠中豐富的功能基團等可以與不同基體表面形成氫鍵、陽離子-π、靜電吸附、配位鍵等多種動態非共價相互作用,從而粘附于各種基體表面,并隨基體發生可逆共形變形而不脫落。不同于膠水等不可逆機械粘結,共晶凝膠可多次循環粘附使用且不會對基底造成污染或破壞。


  此外,防偽材料在使用過程中不可避免地產生裂紋和破損,會導致存儲信息的丟失。所制備的共晶凝膠具有高密度動態非共價相互作用,賦予了材料多次室溫修復性能,進而提高信息的穩定性,并延長材料的使用壽命。 


3共形防偽加密應用展示


  上述工作以題為“Photoswitchable and Reversible Fluorescent Eutectogels for Conformal Information Encryption”的文章發表于《Angewandte Chemie International Edition》上。論文第一作者為四川大學高分子研究所碩士生李長春,通訊作者為四川大學高分子材料工程國家重點實驗室張新星教授。本工作得到國家自然科學基金(5217311252373116)、國家高層次人才特殊支持計劃青年項目和四川省杰出青年科學基金(2021JDJQ0017的資助支持。


  論文鏈接:https://doi.org/10.1002/anie.202313971

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(責任編輯:xu)
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