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  发表日期:2022年6月22日  共浏览48 次   【字体:放大 正常 缩小】 
广东工业大学刘晓暄教授/李治全副教授团队《Polymer Chemistry》封面:近红外光诱导巯基-环氧阴离子点击聚合

光诱导的巯基-环氧点击聚合兼具光聚合时空可控和点击化学反应产率高、反应条件温和、区域选择性专一等优点,已成为制备结构新颖、功能独特高分子材料的有力手段。目前已报道的巯基-环氧光聚合主要以波长较短的紫外-可见光作为能量来源,存在聚合深度不足、易对生物组织和聚合材料产生光损伤等问题,限制了该类聚合反应在生物医药、高性能材料等领域的应用。以瑞利散射小、穿透能力强的近红外光替代传统的紫外-可见光作为辐照源,有望解决目前巯基-环氧光聚合面临的难题。

广东工业大学刘晓暄教授/李治全副教授团队基于近红外光远程激发上转换纳米粒子原位发光进而诱导光聚合反应的策略,首次实现了近红外光诱导巯基-环氧阴离子点击聚合,并制备了具有形状记忆功能的发光材料。相关研究成果以封面文章的形式发表于Polymer Chemistry(2022, 13, 3048)。

图1 (a) 光产碱剂和巯基/环氧单体结构;(b) 近红外光诱导的碱催化巯基-环氧点击反应


在980 nm近红外激光辐照下,上转化纳米粒子发出的蓝色荧光被硫杂蒽酮类光产碱剂吸收。通过光致脱羧反应,光产碱剂分解后释放的活性碱可触发巯基-环氧聚合。增加活性中心碱性、延长近红外光辐照时间,提高后烘温度等方式均可有效加快巯基-环氧聚合。通过光触发热促进的方式可实现11.8 cm的聚合深度。得到的固化样品不仅具有良好的性能均一性,而且在365 nm和980 nm光激发下可分别发出浅绿色和蓝紫色荧光,具有双波长响应性,有望应用于传感、防伪等领域。



图2 (a) 上转化纳米粒子的发射光谱与光产碱剂的吸收光谱;(b)上转换荧光辐照下光产碱剂溶液的pH值变化。

图3 不同(a)后烘温度和(b)近红外辐照时间的DSC热流曲线;(c)通过光触发热促进方式得到的深层固化样品。


通过巯基-环氧反应得到的交联聚合物含有大量的柔性硫醚结构和刚性苯环结构,展示出良好的形状记忆功能,临时固定的“S”形在75℃下150秒内可恢复至初始形状。进一步以980 nm近红外激光替代常规的加热板作为热刺激源,不仅赋予了形状恢复过程高度的时空可控性和远程操控性,而且通过上转化荧光可实现刺激位点的可视化,显著提升形状恢复过程的控制精确度。具有形状记忆功能的发光聚合物材料在构建智能医疗器件和软体机器人领域具有巨大应用潜力。


图4 (a)365 nm和(b)980 nm光辐照下的固化样品荧光数码图片;采用(c)75℃加热板和(d) 980 nm近红外激光作为刺激源的形状恢复过程。


上述研究得到国家自然科学基金面上项目(51873043)和江苏省自然科学基金面上项目(BK20191336)的资助。硕士研究生黄耀鑫为第一作者,李治全副教授为通讯作者。



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