我国研发三重响应偶氮苯/聚合物超分子组装体

必发365登录入口2017年2月21日讯  近10年来,天津大学材料学院封伟课题组在偶氮苯分子设计、合成、复合等领域进行了深入研究。

偶氮苯分子在紫外光照等条件下可以由稳定的反式结构转变为亚稳态的顺式结构,在黑暗或者加热条件下,顺式结构又可以回复到反式结构。偶氮苯分子可逆的异构化性能使其在光驱动、光储热、信息存储等领域备受关注。

在国家杰出青年基金和国家自然科学基金重点基金的支持下,已对百余种偶氮苯分子进行了理论研究,并已成功合成出数十种偶氮苯分子用于与聚合物、纳米碳材料等复合,先后构建了光敏偶氮苯/纳米碳体系、光驱动超分子体系以及光储热聚合物/石墨烯体系等,为航空航天等领域提供了新型能源方式和材料技术支撑。

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图一 偶氮苯/聚合物薄膜的制备

近日,该课题组博士研究生秦承群等人利用超分子装法制备了四羧基偶氮苯/聚合物组装体,并利用溶液涂膜法制备了多响应的驱动器,并探究了其响应机理。研究表明,由该超分子组装体制备的驱动器在光照、湿度以及加热条件均会发生较大的形状变化,且当刺激条件消失时,薄膜可回复到初始的平整状态。这是由于四羧基偶氮苯分子的异构化过程可由光、机械力以及热诱导,并受到聚合物中自由空间的限制,因此在外界刺激下,薄膜的两面会发生不同程度的异构化 ,由此产生不对称的收缩/伸张力使得薄膜发生弯曲。另外,当把薄膜放置于50 ℃恒温台上,该薄膜像“不倒翁 ”一样左右晃动,这主要是加热使得薄膜的重心与支持力发生改变,产生了力矩。

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图二 超分子组装体薄膜的(a)光、(b)湿度响应

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图三 超分子组装体薄膜的热响应

该工作不仅提供了一种简便高效制备多响应聚合物的方法,同时揭示了超分子组装体多响应性的机理,为多响应聚合物制备与未来应用提供了新的思路和技术支撑。相关文章已发表在ACS Appl.Mater.Interfaces.CQ Qin et al.Tetracarboxylated Azobenzene/Polymer Supramolecular Assemblies as High-Performance Multiresponsive Actuators.ACS Appl.Mater.Interfaces,2017,9,4066-4073

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