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  生命體能感知多種刺激（如光、聲、熱），其感知能力通常不會(huì)被不同的刺激所干擾，并能做出正確的響應(yīng)。然而，將多種刺激響應(yīng)基元集成到人造材料中時(shí)，多種刺激響應(yīng)之間經(jīng)常會(huì)相互干擾，造成人造材料無法正常工作。因此，開發(fā)具有互不干擾的正交刺激響應(yīng)的智能材料具有挑戰(zhàn)性。受到半互穿高分子網(wǎng)絡(luò)的啟發(fā)，中科大吳思教授團(tuán)隊(duì)提出了有機(jī)/無機(jī)半互穿網(wǎng)絡(luò)的概念，設(shè)計(jì)了由有機(jī)分子和無機(jī)納米粒子形成的半互穿網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建了對(duì)光和磁正交響應(yīng)的光子材料。這項(xiàng)工作為響應(yīng)性、可重構(gòu)、可再加工和防偽材料的設(shè)計(jì)提供了新策略。該成果以Organic?inorganic semi-interpenetrating networks with orthogonal light- and magnetic-responsiveness for smart photonic gels為題目發(fā)表在Nature Communications上。吳思教授是該論文的唯一通訊作者，中科大博士生王明皓為第一作者，中科大為第一單位。

圖 1 正交光響應(yīng)和磁響應(yīng)復(fù)合凝膠的示意圖。a 光響應(yīng)有機(jī)膠凝劑 (Azo-Ch) 的順反光異構(gòu)化的化學(xué)結(jié)構(gòu)。 b在溶劑中共組裝 Azo-Ch 和超順磁性 Fe₃O₄@SiO₂ 納米粒子制備的復(fù)合凝膠。c 順式 Azo-Ch 溶膠中的 Fe₃O₄@SiO₂ 納米粒子。 d Azo-Ch 纖維和 Fe₃O₄@SiO₂ 納米鏈的半互穿網(wǎng)絡(luò)。 納米鏈形成了光子晶體結(jié)構(gòu)，顯示結(jié)構(gòu)色。e 順式 Azo-Ch 溶膠中的 Fe₃O₄@SiO₂ 納米鏈。Copyright © 2023, The Author(s).   

  首先，作者合成了膠凝因子Azo-Ch，并對(duì)其進(jìn)行了SEM表征（圖2a，b）。凝膠狀態(tài)下，Azo-Ch形成了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；而溶膠狀態(tài)下，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)消失。另外，作者們通過紫外可見吸收光譜證明了該凝膠可以進(jìn)行多次可逆的凝膠/溶膠轉(zhuǎn)變。SAXS表明凝膠纖維是由Azo-Ch分子堆積而成（圖2e）。 

圖 2 Azo-Ch 的光異構(gòu)和光誘導(dǎo)的可逆凝膠/溶膠轉(zhuǎn)變。（a, b） Azo-Ch 凝膠和溶膠的 SEM 圖像。（c）Azo-Ch 凝膠在照射前、紫外光照和可見光照后的吸收光譜。（d）Azo-Ch凝膠在紫外光和可見光交替照射9個(gè)循環(huán)下的吸收變化。（e）Azo-Ch 凝膠在照射前、紫外光照后和可見光照后的 SAXS 圖。Copyright © 2023, The Author(s).

圖 3 超順磁性 Fe₃O₄@SiO₂ 納米粒子的表征。（a, b）Fe₃O₄@SiO₂ 納米粒子的 SEM 和 TEM 照片。（c）Fe₃O₄@SiO₂ 納米粒子的磁滯回線。(d-f )Fe₃O₄@SiO₂納米粒子在不同時(shí)間段隨磁場變化的暗場光學(xué)顯微鏡圖像。(g )Fe₃O₄@SiO₂ 納米粒子的產(chǎn)生的光子晶體的照片。（h）Fe₃O₄@SiO₂ 納米粒子分散液在不同強(qiáng)度磁場下的反射光譜。Copyright © 2023, The Author(s).

  隨后，作者通過Azo-Ch 和 Fe₃O₄@SiO₂ 納米粒子共組裝的方法制備了有機(jī)/無機(jī)復(fù)合凝膠。 SEM 圖像顯示 Fe₃O₄@SiO₂ 納米粒子位于 Azo-Ch 纖維網(wǎng)絡(luò)的空隙中（圖 4a）。無論有無磁場，復(fù)合凝膠都顯示出光誘導(dǎo)的可逆凝膠/溶膠轉(zhuǎn)變。在凝膠或溶膠狀態(tài)下，磁場能誘導(dǎo)可逆的納米粒子到納米鏈的轉(zhuǎn)變（圖 4a-d）。

圖 4 Azo-Ch 和 Fe₃O₄@SiO₂ 納米粒子共組裝的凝膠具有正交的光和磁響應(yīng)性。 （a-d）SEM照片。光引起可逆凝膠/溶膠轉(zhuǎn)變； 磁場誘導(dǎo)納米鏈的可逆形成。 （e-g）復(fù)合凝膠和溶膠在不同強(qiáng)度磁場下的反射光譜和 CIE-1931 色度圖。Copyright © 2023, The Author(s).

  作者展望傳統(tǒng)的（半）互穿網(wǎng)絡(luò)中的高分子可以被各種無機(jī)、有機(jī)和復(fù)合材料所取代，從而賦予（半）互穿網(wǎng)絡(luò)新的特性和功能。

  該工作得到了國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)國際（地區(qū)）合作研究項(xiàng)目（52120105004）、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（52073268）、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(WK3450000006和 WK2060190102)、合肥市自然科學(xué)基金（2021013）、安徽省自然科學(xué)基金（1908085MB38）等項(xiàng)目的資助。

  論文全文鏈接：

  https://www.nature.com/articles/s41467-023-36706-7.pdf

  https://www.nature.com/articles/s41467-023-36706-7

  https://doi.org/10.1038/s41467-023-36706-7