寧波材料所陳濤/路偉團(tuán)隊《Adv. Mater.》：在可光書寫多色熒光高分子水凝膠用于按需信息顯示方面取得進(jìn)展
在物聯(lián)網(wǎng)時代，智能可重寫顯示體系的發(fā)展有助于緩解日益增長的一次性電子垃圾所引起的環(huán)境污染和資源消耗問題，有望成為信息顯示和傳遞的重要媒介。近年來科研人員開發(fā)了多種刺激響應(yīng)顏色變化材料體系用于可逆信息書寫。然而基于化學(xué)物質(zhì)刺激響應(yīng)體系（例如水、離子、酸堿、尿素溶液等）通常會產(chǎn)生化學(xué)油墨殘留/堆積，嚴(yán)重削弱其可重寫性和響應(yīng)靈敏性。依賴于無刺激殘留的高能量紫外光和短波長可見光響應(yīng)體系主要依靠調(diào)控特定分子化學(xué)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變實現(xiàn)信息載入，往往受限于復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計和較慢的光響應(yīng)動力學(xué)。因此，如何通過新型材料結(jié)構(gòu)與顯示機(jī)制的設(shè)計，開發(fā)一種集遠(yuǎn)程控制、快速響應(yīng)、多色和多模式顯示功能于一體的智能可重寫顯示系統(tǒng)仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。
中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所智能高分子材料團(tuán)隊陳濤研究員和路偉研究員長期從事熒光高分子水凝膠的仿生構(gòu)筑及其功能與智能調(diào)控研究（Angew. Chem. Int. Ed., 2023, e202300417; Adv. Mater., 2022, 34, 2107452; Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 21890; Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 8608; Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 3640; Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 16243）。近期，受到變色龍皮下組織中不同色素細(xì)胞有序排列多層結(jié)構(gòu)及其高效協(xié)同能力的啟發(fā)，報道了一種近紅外激光觸發(fā)的可重寫多色水凝膠體系，其兼具光書寫和光投影的特點，不僅可以實現(xiàn)任意信息的瞬態(tài)光寫入/自擦除/光重寫，還可以實現(xiàn)既定多色圖案的可持續(xù)光投影顯示。如圖所示，該系統(tǒng)具有垂直排列多層結(jié)構(gòu)，包括作為光熱控制層的聚二甲基硅氧烷（PDMS）封裝二維碳納米管（CNTs）薄膜和作為顯示層的嵌入式熒光高分子水凝膠層。在水凝膠層中溫敏性內(nèi)芯熒光水凝膠被限制在非響應(yīng)性外殼熒光水凝膠中，用于更好地實現(xiàn)穩(wěn)定、可逆和多色的信息載入。這種仿生多層的結(jié)構(gòu)設(shè)計有效通過“光觸發(fā)-熱量產(chǎn)生-熒光輸出”的級聯(lián)過程，建立了一種具有前景的信息顯示機(jī)制。近紅外激光可以作為“筆”進(jìn)行遠(yuǎn)程書寫，這一過程中，CNTs層首先發(fā)生光熱轉(zhuǎn)換，并將熱量傳遞給凝膠層誘導(dǎo)溫敏性內(nèi)芯水凝膠形成氫鍵動態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)并產(chǎn)生親疏水相轉(zhuǎn)變進(jìn)一步降低其中鑭系配合物的水溶劑化程度，使得內(nèi)芯水凝膠熒光增加，從而改變內(nèi)芯與外殼層的疊加色，產(chǎn)生明顯的顏色變化，實現(xiàn)信息的及時書寫（約為5 s）。移除光源，溫敏性內(nèi)芯水凝膠解除分子鏈內(nèi)部氫鍵交聯(lián)，回到親水狀態(tài)使得熒光得以恢復(fù)，所書寫信息在36 s后完全自擦除并可重新寫入新的信息。此外，由于多級層狀結(jié)構(gòu)的設(shè)計使得光熱控制層CNTs薄膜和熒光水凝膠顯示層易于圖案化，在近紅外激光面光源的投射下可以顯示預(yù)先設(shè)計的多色圖案。這種功能集成的顯示能力不僅有助于滿足各種信息的不同顯示或傳輸?shù)男枨，而且利于實現(xiàn)更好的視覺信息可視化和交互體驗感，并為未來新型光書寫體系的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
具有仿生多層結(jié)構(gòu)的可光書寫熒光高分子水凝膠顯示系統(tǒng)
該工作以題為“Light-Writing & Projecting Multicolor Fluorescent Hydrogels for On-Demand Information Display”的論文發(fā)表在Advanced Materials上（Adv. Mater. 2023, DOI: 10.1002/adma.202300615）。本研究得到了國家重點研發(fā)計劃（2022YFB3204300），浙江省自然科學(xué)基金（LD22E050008），博士后創(chuàng)新人才支持計劃（BX20220317），中國博士后科學(xué)基金（2022M720151），浙江省博士后科研項目擇優(yōu)資助（ZJ2022043），中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會（2019297），中德合作國際交流項目（M-0424）等項目的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202300615
