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  自然界中許多生物在應力或外界環境影響下可表現出光學或力學性質的響應性。如章魚在受到攻擊時，其皮膚會發生力學性質和顏色的改變；松果在干燥環境下會打開。基于對自然界這類現象的理解，學者們利用各種動態相互作用，例如：氫鍵、配位鍵、疏水作用及動態共價鍵等，已開發出多種外界刺激下性能調節性仿生智能材料。特別地，在同一材料中同時實現光學與力學性能耦合響應（如通過材料的顏色變化即可反映其力學狀態變化）極具潛在應用價值，但這一類材料的開發仍然具有挑戰性。

  針對智能材料的光學與力學性能可逆耦合響應這一研究前沿，寧波大學翁更生副教授與美國康涅狄格大學何杰教授等人在《Advanced Functional Materials》發表了一篇題為“An Adaptable Tough Elastomer with Moisture-Triggered Switchable Mechanical and Fluorescent Properties”的研究論文。該研究基于團隊前期在Eu-IDA（亞氨基二乙酸）動態配位調控聚合物水凝膠的多重熒光色彩響應方面的成果（Advanced Materials, 2018, 1706526），利用紅色熒光發射性的鑭系金屬離子（銪，Eu³⁺）與含IDA配體的聚2-(2-甲氧乙氧基)甲基丙烯酸乙酯通過動態配位作用構筑第一重物理交聯網絡，然后再引入另外一重共價交聯網絡，最終得到如圖1所示堅韌性濕度刺激響應彈性體。

圖1 堅韌性濕度刺激響應彈性體的制備與多重響應性示意圖

  該彈性體表現出強而韌的力學性能，Eu-IDA動態配位對該彈性體力學性能有顯著影響。僅加入少量Eu³⁺離子（IDA:Eu = 7:1, mol），楊氏模量即有一個數量級的提高，同時力學強度與伸長率也明顯提高。此外，由于在外力作用下Eu-IDA動態配位的絡合與解絡合，該彈性體也表現出足夠大的能量耗散及其恢復性（圖2）。在該彈性體中，IDA作為Eu³⁺離子的“天線”，可實現較強的紅色熒光發射性。由于Eu-IDA動態配位在濕度影響下可發生可逆的絡合與解絡合，因此可表現出熒光的開/關效應；另一方面，Eu-IDA配位對力學性質有顯著影響，其絡合與解絡合也可實現明顯的力學性能強弱的開/關效應。最終可實現濕度刺激下的熒光色彩與力學性能的耦合響應（如圖3和4）。該彈性體在生物傳感器、可穿戴光電器件、防偽等方面有潛在應用。除了濕度響應外，Eu-IDA動態配位的pH及競爭性金屬離子響應性（如Fe³⁺）也進一步擴展了該彈性體的應用。

圖2 堅韌性濕度刺激響應彈性體的力學性質

圖3 濕度刺激彈性體薄膜的熒光色彩可逆響應

圖4 濕度刺激彈性體的力學性質可逆響應

  以上工作得到了浙江省自然科學基金、寧波市自然科學基金、寧波大學王寬誠幸福基金、康涅狄格大學及美國自然科學基金委的資助。寧波大學材化學院碩士生周星與王立兵為論文共同一作，美國康涅狄格大學化學系博士生Zichao Wei為共同作者，寧波大學翁更生副教授與康涅狄格大學何杰教授為通訊作者。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201903543