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  在未來，智能材料的功能切換或許將不再只是被動服從人類意志，而是可以根據環境“自我思考、自我判斷”表現為何種功能狀態。

  最近，電子科技大學光電科學與工程學院王東升教授和鄭永豪教授團隊，在綜述期刊Chemical Society Reviews發表了題為《Developing intelligent control of photoresponsive materials: from switch-type to multi-mode》的指南性綜述（Tutorial Review）。第一作者為博士研究生朱高璐，通訊作者為王東升副教授與鄭永豪教授。該綜述系統性總結了光敏材料從傳統“開關式”控制邏輯向“多模式”智能響應演化的研究進展。并且提出光敏材料能夠根據光照環境進行自適應切換的觀點，相比基于主動控制的多功能光響應材料更為智能。

圖1 光敏材料從傳統的“開關式”控制邏輯發展到“多模式”控制邏輯

一、光敏材料的基本響應類型

  作者首先回顧了“開關式”控制邏輯的光敏材料的基礎原理，這些響應可通過典型的光敏分子（如azobenzene、spiropyran、diarylethene，donor–acceptor Stenhouse adduct）來實現，是構建光敏材料的核心部分。通過光誘導的分子構象變化，引發分子特征的顯著變化，包括幾何（大小、平面度）、共軛結構和極性（偶極矩）。因此，光敏材料的光學（變色、熒光、透射率）、電學（導電性）、化學（催化位點、親疏水性）、機械（硬度、粘度）和形貌（彎曲、扭轉、膨脹）等關鍵性質可以在光的控制下進行“on/off”切換，表現為“開關式”控制邏輯。

二、從“開關式”走向“多模式”控制邏輯

  在日常生活中，開關被廣泛用于控制兩種邏輯相反的狀態之間的家用電器功能，如燈的打開和關閉。隨著人類社會的發展，對設備的控制要求更加智能化和精準化：（1）智能控制，設備和設備可以在多種工作模式之間選擇性切換，實現復雜的功能（如洗衣機、相機的模式轉盤）；（2）為了精確控制，器件和設備的工作狀態可以在兩種狀態（如電風扇轉速、燈光亮度）之間連續調節。電氣設備的智能控制一般是基于多個基本邏輯控制器的集成和編程來實現的；另一方面，精確控制是通過改變輸入電流來實現的。家用電器中智能和精確控制的成功啟發了光敏材料控制邏輯的發展，從“開關式”走向“多模式”控制邏輯。

  作者將當前主流的多模式控制實現路徑歸納為兩大類：(1)在多個（n>2）光穩態狀態之間切換，也稱為多穩態控制（Multi-stable control）；(2)在多個非平衡狀態之間切換，也稱為多階段控制（Multi-stage control）。

圖2 光敏材料的“多穩態”控制思路，分別通過分子機器與正交體系實現

圖3 光敏材料的“多階段”控制思路，分別通過P型與T型光敏分子實現

  光敏材料的光學、電學、化學、力學和形態性能可以在兩種穩定狀態之間以相反的關系可控地切換。在許多情況下，“開關式”光敏材料在生物醫學（例如藥物輸送，組織工程），電子工程（例如信息存儲）和化學工程（例如納米反應器）領域中表現可靠。然而，如何進一步實現光響應材料的多模式控制仍然是一個挑戰，引起了研究者的廣泛關注。

三、未來的挑戰

  在綜述現有研究工作的基礎上，作者分享了自己對于未來挑戰的看法：（1）實現固體光敏材料的“多穩態”與“多階段”控制；（2）在復雜環境中對光敏材料功能的精準控制；（3）進一步提升光刺激控制的速率與精度；（4）在長時間光照下維持材料的穩定性；（5）發展自適應光敏材料。作者認為，隨著光敏材料從“開關式”控制邏輯向“多模式”控制邏輯的發展，其功能切換或許將不再只是被動服從人類意志，而是可以根據環境“自我思考、自我判斷”表現為何種功能狀態。

  該工作得到了國家自然科學基金項目（52203134、62375041、22375029）和四川省科技廳項目（2023ZYD0037、2024YFHZ0307、2024NSFSC0249）資助。

  原文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/cs/d4cs00296b

通訊作者介紹

王東升博士，電子科技大學副教授，校僑聯副秘書長，德國馬克思普朗克聚合物研究所Partner Project Leader，四川省“天府峨眉”計劃領軍人才。從2008年開始，在光敏分子、材料與器件的基礎及應用研究領域開展了一系列工作，圍繞給體-受體斯坦豪斯加合物開發了新穎功能性光敏材料與器件。以第一/通訊作者在Science Advances（2篇），Chemical Society Reviews， Angewandte Chemie等著名期刊發表論文50余篇；授權中國發明專利20余項；主持國家自然科學基金、裝備預研教育部聯合基金等項目；擔任中國感光學會電致變色專業委員會委員、中國生物材料學會血液凈化材料分會委員、期刊Journal of Macromolecular Science, Part A: Pure and Applied Chemistry編委。