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Nature：在光敏聚合物薄膜中“興風作浪”

2017-07-05 13:46:07 作者：本網(wǎng)整理來源：材料人分享至：

【引言】

能夠在外部刺激的作用下維持其固有形狀的振動材料在醫(yī)學與機器人學等領(lǐng)域引起了人們極大的興趣。例如，液晶網(wǎng)絡(luò)在被人工修飾后可以在任何結(jié)構(gòu)下承受外界刺激引起的變形。研究人員常常在液晶聚合物薄膜中混入偶氮苯分子，以使其具備光敏性；然而，在大多數(shù)情況下，文獻報道的卻是這類薄膜的彎曲響應，并且此類薄膜在松弛后所進行的光異構(gòu)化反應也是相當?shù)木徛?/span>

【成果簡介】

近日，來自荷蘭埃因霍溫科技大學的Dirk J. Broer和美國肯特州立大學的Robin L. B. Selinger（共同通訊作者）等人利用兩步法來減少偶氮苯熱松弛的時間，即：1）分子中添加一個“推-拉”組；2）形成可互變異構(gòu)化的偶氮腙。相應地，他們也設(shè)計了兩種可聚合的偶氮衍生物。在此基礎(chǔ)上，研究人員通過快速順反熱弛豫法將偶氮苯衍生物并入液晶網(wǎng)絡(luò)，最終制備出一種光敏聚合物薄膜，這種聚合物薄膜在恒定光照下能夠表現(xiàn)出眾多優(yōu)良的特性。相關(guān)成果以“Making waves in a photoactive polymer film”為題發(fā)表在近期的Nature雜志上。

【圖文導讀】

圖1 偶氮染料及其順-反松弛

a）偶氮衍生物和液晶基元的化學結(jié)構(gòu)；

b）偶氮衍生物的順-反松弛的半衰期隨溫度的變化呈指數(shù)下降。

圖2 波傳播機理及影響傳播速度的參數(shù)

a）實驗裝置的示意圖。該圖表明聚合物薄膜在傾斜入射光源的照射下，其兩端都受到限制。藍色箭頭表示的是膜的變形方向，而紅色箭頭則表示的是波的傳播方向；

b）波的頻率與入射光的角度；

c）光強對頻率的影響；

d,e）模擬比較（左）及水平面和垂直面構(gòu)造的實驗數(shù)據(jù)（右）。箭頭表示波的傳播方向。比例尺表示的是標量參數(shù)的量級。

圖3 在波傳播過程中紅外熱像儀記錄的溫度跡線

圖片展示的是在膜的垂直面和水平面上曝光的溫度分布。

a,c）在不同時間t下（如圖所示），膜上溫度分布的快照（色標度：黃色，高；藍色，低），局部過熱點十分明顯；

b,d）如圖a和c所示，在位置1（黑色），位置2（紅色）和位置3（藍色）的振動溫度。

圖4 展示薄膜功能的兩個應用實例

a）因為能量的快速釋放，光致波動才能夠?qū)⒈∧け砻娴纳匙訌椛涑鋈ィ瑥亩故境鲎郧鍧嵄砻娴倪\行機理；

b）沿著平坦基底方向的光致運動的示意圖；

c,d）活性薄膜的短端，平面端和垂直端都固定在惰性的框架上，運動的方向則取決于暴露于外的側(cè)面。

【小結(jié)】

研究人員系統(tǒng)的研究了這種光敏聚合物薄膜，并利用理論模型和數(shù)值模型解釋了波的作用機理，得到的數(shù)據(jù)與實驗結(jié)果相吻合。同時，通過相關(guān)實驗也表明這種光敏薄膜在光驅(qū)動和自清潔領(lǐng)域都具有很大的應用價值，今后在諸如照像工藝和小型化運輸?shù)刃袠I(yè)內(nèi)都能大顯身手。

文獻鏈接：Making waves in a photoactive polymer film（Nature，2017，DOI：10.1038/nature22987）

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責任編輯：殷鵬飛

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