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西工大张秋禹/张建波、港中深唐本忠/赵征 Nat. Commun.：荧光聚酰亚胺光驱动器新成果

高分子科技 · 公众号 · 化学 · 2024-11-26 12:24

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近日，西北工业大学化学与化工学院张秋禹教授团队联合香港中文大学（深圳）理工学院唐本忠教授团队在《Nature Communications》期刊在线发表题为《Fluorescent robust photoactuator via photocrosslinking induced single-layered janus polyimide》的研究论文。

先进的智能聚合物材料能够在外部刺激下进行可逆变形或同时结合其他响应行为，因其独特的性能而受到人们的广泛关注，在很多领域都有着广泛的应用，例如人造肌肉、软驱动器、生物医学领域方面。大量的研究致力于制造多功能先进光驱动器，聚焦材料设计和驱动机制探索。其优势在于光的远程、空间操控性。这引发了一个有趣的问题：是否有一种一体化的策略，只利用单一波长的光将多种先进的功能集成到一种单一的材料中，同时实现光控的非均匀的空间分布、驱动器的快速和可逆复杂变形以及信息加密、擦除等。然而对这种多功能材料的探索仍然有限。此外，对于实现各种高科技领域的实际应用，对智能材料的强度、模量、耐热性和耐候性提出了更高的要求。很明显，这是一个重大的挑战，但非常具有吸引力。

本研究开发了一种高效、温和的无催化巯基-炔点击聚合来制造感光聚酰亚胺（PI）。两种聚合单体在不需要加入任何催化剂的情况下，在30 °C聚合15分钟即可得到高分子量的PI，并控制巯基和炔之间仅发生一次反马氏加成，从而保留光敏性双键在聚合物分子主链。几种薄膜具有高的机械性能、良好的透光性、高热稳定性以及高折射率等性能。由于制备的PI分子主链包含光敏性双键，并且其可以在紫外辐照下发生交联反应，这赋予了该材料构筑异质性和可编程性驱动器的可能。通过紫外线辅助光交联薄膜直接获得具有单层Janus结构的荧光光驱动器，表现出紫外光控的可逆响应。这是由于PI薄膜中存在光敏性双键，当正面受到紫外光辐照后发生交联，而背面仍保持了原来的线性结构，薄膜正反两面膨胀系数的不匹配从而实现紫外光热驱动。同时，由于UV光致增强PL特性，含有聚集诱导发光基元的TPE-PI薄膜两面呈现不同强度的荧光发射，进一步证明其Janus结构。同时，仅通过使用单束UV光可以轻易实现PI膜的选择性非均匀空间分布、驱动器的快速可逆复杂变形以及驱动器上的信息的加密、读取和擦除。由于其优异的机械性能和驱动能力，即使在重载情况下，也能将光能转化为明显的运动。团队将在未来的研究中继续探索能够选择性地响应多波长光的聚合物并专注于小型化，这将有利于微机器人和仿生制造的进步。

西北工业大学化学与化工学院2020级博士研究生薛书宇为论文的第一作者，西北工业大学张秋禹教授、张建波教授以及香港中文大学（深圳）理工学院唐本忠教授，赵征助理教授为论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、深圳市科创委基金及重点实验室的基金资助。

图1 基于巯基-炔点击聚合制备聚酰亚胺及其性能

图2 含AIE gen分子及聚合物的光物理性质

图3 PI驱动器的构筑及机理

图4 PI爬行驱动器

图5 图案化光驱动器的设计

图 6 PI驱动器潜在的应用

论文信息：

Shuyu Xue, Zhipanxin Shi, Zaiyu Wang, Haozhe Tan, FengGao, Zicong Zhang, Ziyue Ye, Shifeng Nian, Ting Han, Jianbo Zhang*, Zheng Zhao*, Ben Zhong Tang* & Qiuyu Zhang*. Fluorescent robust photoactuator via photo-crosslinking induced single-layered janus polyimide. Nature Communications 2024, 15, 10084.

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-024-54386-9

来源：西北工业大学化学与化工学院

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