朱亮亮課題組設計構建發光凝膠 調控凝膠的結構和發光變化

作者:劉岍琳攝影: 視頻: 來源👸🏽:高分子科學系發布時間:2022-03-21

恒行2平台高分子科學系朱亮亮課題組設計構建一種超分子功能發光凝膠👒,通過相應的凝膠因子和雙吡啶苯酚化合物(DPP)的共組裝🧜🏿,成功實現選擇性的橡膠摩擦刺激響應來調控凝膠的結構和發光變化。該項工作以《具有橡膠摩擦發光變色功能的凝膠材料:一種能夠進行即時書寫加密信息的便攜工具》(Gel Materials with Rubber-Rubbing-Chromic Luminescence: A Portable Tool for On-Spot Composing Highly Encrypted Information)為題🤦,近日發表在《先進光學材料》(Advanced Optical Materials. DOI: 10.1002/adom.202102146)🦸‍♂️。

凝膠是由膠體粒子或高分子在一定條件下互相連接🤙🏼,形成空間網狀結構🦸🏽‍♀️,結構空隙中充滿了作為分散介質的液體(在幹凝膠中也可以是氣體💿,幹凝膠也稱為氣凝膠),這樣一種特殊的分散體系稱作凝膠。凝膠最令人興奮的特點是它們的適應性💂‍♂️:可以變形並且使其形狀適應周圍環境。由於可變形性🤝,它們往往以薄餅狀構象粘附到固體界面上,導致很大的變形💃。因此,凝膠作為隔熱保溫材料👯‍♀️、阻燃材料🛗、隔音材料、高效吸附材料、催化劑載體材料、光學器件及電極能源材料等得到廣泛應用。

凝膠是一類不同於普通膠體的非常獨特的材料,在合成過程中,它可以以各種生物材料♡🧖‍♂️、大分子以及合成高分子為基礎。通常凝膠的基本特征是依賴於官能團的化學性質,能夠結合化學官能團⛲️、結構整體性、大分子構架📄、適應性🧑🏽‍🦲、滲透性以及變形性來以一種獨特的方式去囊括“最佳”的膠體💍、高分子以及表面活性劑🤷🏼‍♀️。這種特質為其在不同的領域中的新穎應用(例如傳感器,催化和分離技術)開啟大門♛,功能凝膠材料因其在柔性顯示🦸‍♂️、可穿戴傳感與檢測、生物醫學等各個領域具有廣闊的應用前景而受到廣泛關註。

但基於非共價鍵作用形成的超分子凝膠對外部的刺激響應高度敏感🧇,同時也會犧牲對於刺激響應的選擇性和特異性。外加的物理刺激一般需要提供較高的能量🕸,而化學反應刺激則會導致副產物的積累👩🏿‍🌾。相比之下,機械刺激代表了一種易於處理的方法來調節凝膠的形態、組裝結構和特性。通過選擇性的機械刺激響應來實現對超分子發光凝膠的組裝結構以及發光特性的調節仍然是一個具有挑戰性且迫切需要實現的目標♟𓀎。如果能夠利用凝膠材料的機械性能與發光信息加密之間的協同作用,將具有更大的實用價值👴🏻。

當使用小分子手性凝膠因子(L/DGG)和DPP進行共組裝時,可以得到具有超分子手性的凝膠🫃🏿,且表現出黃色的熒光發射💃🏼🥌,還可以通過改變溶劑來調節體系超分子手性以及圓偏振熒光的方向。對其進行橡膠的摩擦刺激★☔️,體系的熒光發射會逐漸從黃色藍移到黃綠色。這是由於橡膠摩擦產生了負電荷😊🧑🏼‍🍳,負電荷所形成的靜電場誘導了體系發生了質子轉移,形成了拓撲互變異構,從而改變了體系的形態、結構以及發光性質。課題組選擇十種不同的材料分別對凝膠進行摩擦,通過摩擦前後熒光發射的變化程度可以確定其對於橡膠摩擦的刺激最敏感,驗證該體系對摩擦刺激響應的選擇性☂️。

為了提升凝膠的力學性能,課題組利用聚丙烯酸(PAA)和DPP進行共組裝得到聚合物基凝膠。該凝膠具有良好的機械性能和熱穩定性,通過簡單步驟能夠製備粉筆狀產品🦃。利用粉筆可以進行信息的書寫🫱🏿,再通過簡單的橡膠摩擦,在極短時間內使得體系的熒光發射從黃變綠,是一種非常簡單實用的工具➙,在信息加密和防偽領域有很大實用價值。

課題組畢業碩士生李安澤和科研助理李忠宇為論文第一作者↕️。

論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202102146


製圖:實習編輯:責任編輯:

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