偶氮苯液晶光子晶體的液相光驅(qū)動(dòng)研究獲進(jìn)展
近日，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所研究員江雷與研究員王京霞，在Advanced Functional Materials上，發(fā)表了題為《Janus結(jié)構(gòu)與溶劑/熱/光協(xié)同促進(jìn)的液相超級(jí)光驅(qū)動(dòng)器》（Liquid-phase Super Photoactuator through the Synergetic Effects of a Janus Structure and Solvent/Thermal/Photo Responses）的研究成果�！ � 6<R!` N 6
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智能材料驅(qū)動(dòng)器在軟機(jī)器人、人工肌肉、發(fā)動(dòng)機(jī)和能源轉(zhuǎn)換器等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，備受關(guān)注。實(shí)際上，由于成本低、無(wú)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)、快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，光控人工驅(qū)動(dòng)器更適合實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)行為。含偶氮苯分子的液晶是一種典型的基于反-順式光異構(gòu)化的光響應(yīng)材料。偶氮苯光驅(qū)動(dòng)器的性能已從最初的簡(jiǎn)單彎曲、扭轉(zhuǎn)，發(fā)展到微型機(jī)器人和液體輸送等新應(yīng)用。然而，由于光控偶氮苯驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)性能有限，目前缺乏實(shí)際應(yīng)用。 4l E
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該研究將反蛋白石結(jié)構(gòu)引入驅(qū)動(dòng)器中，以制備不對(duì)稱(chēng)的幾何結(jié)構(gòu)，其中反蛋白石的多孔結(jié)構(gòu)與液相有較大的接觸面積，有利于液相驅(qū)動(dòng)；基于偶氮液晶分子在厚度方向的梯度取向，實(shí)現(xiàn)了不對(duì)稱(chēng)的化學(xué)組成分布�；谶@一設(shè)計(jì)理念，該工作制備出一種以多疇偶氮苯反蛋白石結(jié)構(gòu)為一側(cè)，單疇偶氮苯聚合物為另一側(cè)的液相Janus偶氮苯聚合膜（圖1）�；贘anus結(jié)構(gòu)以及溶劑/熱/光和聚合物鏈段之間的相互作用，制備的薄膜在液相中表現(xiàn)出增強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)性能（圖2，如彎曲角從20.8o增加到808.8o）。Janus結(jié)構(gòu)提供了液相非均質(zhì)溶脹的潛在驅(qū)動(dòng)趨勢(shì)，溶劑/熱/光效應(yīng)充分松弛了物理纏結(jié)的大分子鏈，改變了薄膜的力學(xué)性能，降低了偶氮苯分子異構(gòu)化的能壘。該研究還展示了Janus偶氮苯驅(qū)動(dòng)器的潛在應(yīng)用，如提拉重物、光/熱/溶劑驅(qū)動(dòng)液相體系中環(huán)的滾動(dòng)等。這為設(shè)計(jì)和制備新型偶氮苯驅(qū)動(dòng)器提供了簡(jiǎn)便易行的方法。 S=ebht=
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[attachment=108839] 圖1.Janus偶氮苯光子晶體聚合膜的制備流程和相關(guān)表征 [attachment=108840] 圖2.Janus偶氮苯光子晶體聚合膜的增強(qiáng)的液相光驅(qū)動(dòng)行為和相關(guān)表征 [attachment=108841] 圖3.Janus偶氮苯光子晶體聚合膜在液相環(huán)境中滾動(dòng)行為 [attachment=108842] 圖4.基于偶氮苯光子晶體的可重寫(xiě)光子晶體紙 zVYX#- nv
該工作制備的驅(qū)動(dòng)器基于Janus結(jié)構(gòu)以及溶劑/熱/光和聚合物鏈段之間的相互作用的協(xié)同效應(yīng)，在液相中表現(xiàn)出增強(qiáng)的光驅(qū)動(dòng)性能。圖3展示了在乙醇（30 oC）底部紫外光照射下薄膜連續(xù)向前滾動(dòng)。驅(qū)動(dòng)器在液相中的運(yùn)動(dòng)，為血栓的疏通和藥物的釋放提供了潛在的應(yīng)用前景。 vWcU+GBZI
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此外，王京霞團(tuán)隊(duì)基于制備的偶氮苯光子晶體，發(fā)展了無(wú)墨光控可重寫(xiě)光子晶體紙。研究得到的光子晶體材料通過(guò)不同掩膜版可以實(shí)現(xiàn)在同一光子晶體材料表面不同圖案的制備和擦除，發(fā)展為可重寫(xiě)的光子晶體紙張【圖4（C、D）】。在同一偶氮苯光子晶體材料表面換不同形狀的掩模板在紫外光/可見(jiàn)光的交替照射下制備一系列不同的光子晶體圖案。例如，圖4（C1-C5）刻畫(huà)了滑雪的一系列過(guò)程。圖4（D1-D7）為長(zhǎng)城，水立方和東方明珠等高分辨率圖案。寫(xiě)入和擦除時(shí)間僅為2 s，重復(fù)性多于100次。相關(guān)研究結(jié)果以Inkless Rewritable Photonic Crystals Paper Enabled by a Light Driven Azobenzene Mesogen Switch為題，發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces（2021, 13, 12383-12392）上。 X4lz?Y :*
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