《光响应高分子材料》

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该项目属“材料科学”中的“高分子材料”领域。光响应高分子在智能形变材料及柔性执行器等领域显示出独特的应用前景,其制备及结构控制得到了深入的研究,但很难通过分子结构、分子取向及聚集态结构的多尺度精确调控进行材料性能的优化,并缺少普适的材料设计筛选与器件构筑策略。该项目在国家自然科学基金重点项目等支持下,经过十年的系统研究,在可控合成新型光响应高分子材料、多尺度结构调控理论及光控柔性执行器构筑新原理等方面取得了原创性成果。

1.首创上转换与长共轭结构结合调控材料驱动波长的新方法,提出通过上转换荧光的再吸收来诱导光异构和分子排列变化的新原理,利用发射-再吸收实现能量传递引发材料宏观形变的新机制,首次构筑出蓝光/红光/近红外光驱动的系列液晶高分子新材料,实现了激发波长的大幅度红移。

2.系统发展了通过分子结构设计、液晶基元排列调控实现材料力学性能、光响应性能优化的理论筛选策略,利用可控活性聚合创制了综合性能优异的光致形变液晶高分子材料,揭示了其微观分子取向和构象转变、介观聚集态结构光化学相转变与宏观特异性形变之间的构-效关系,成功开发了可在室温下形变、快速响应、大驱动力的液晶高分子材料。

3.揭示了特殊设计及加工条件优化导向的柔性执行器构筑机制,基于光响应液晶材料与通用高分子材料的复合加工与微纳加工,创制了可完成分立操作、多位点联动、高自由度位移以及非约束式开闭等诸多动作的光控原型样机,为构筑发挥光响应高分子材料特点的微光机系统奠定了重要基础。

4.建立了亚微米尺度光控微量物质传递的新结构与新方法,基于反应离子刻蚀等新型微纳加工技术,率先制备出具有亚微米结构的光响应高分子囊泡及阵列等,并充分发挥光驱动远程精确操控的优势,精准调控介观尺度的结构与界面化学性质,实现了微量物质的快速无损传输及可控释放。

该项目的8篇代表性论文发表在J. Am. Chem. Soc.、Adv. Funct. Mater.等国际顶级期刊上,共被他引1047次,篇均130次,单篇最高他引444次,2篇入选ESI高引论文。迄今为止共发表SCI论文113篇,包括ESI高引论文14篇,被Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev.等国际权威期刊他引8303次,在国内外会议作大会及邀请报告70余次,获授权中国发明专利4项。

加拿大麦吉尔大学Barrett教授评价:“俞等首次制备了太阳光驱动的光响应材料”;液晶高分子薄膜取向的工作被Nature China选为亮点研究加以报道;光控微机器人的研究工作被英国皇家化学会作为亮点报道,并被评价:“这项工作显示了材料和器件设计上的独特和重要的发展”;韩国延世大学的Lee教授评论光控微纳阵列:“超疏水粘附性的可逆转换是无损传输的理想选择⋯刺激响应材料为此提供了全新策略”。项目组2人入选长江学者特聘教授,2人获国家杰出青年科学基金资助。

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