新型光响应聚二乙炔复合材料的制备及性质研究

具有环境响应性的共轭高分子材料一直是材料领域的研究热点，尤其是光响应共轭高分子材料在光开关、显色器、智能窗及光信息存储等领域具有独特的应用潜力而受到人们重视。但迄今为止在光刺激下实现聚二乙炔材料光学与其它物理性质可逆调控的报道还不多。本研究计划拟通过分子结构设计和纳米尺度的组装，在聚二乙炔体系中引入偶氮苯等光响应功能基元，发展一系列在外界光刺激下快速可逆响应的新型聚二乙炔复合材料（包括光致变色聚二乙炔复合材料、光响应聚二乙炔荧光纳米微球和光响应聚二乙炔微胶囊）；系统研究聚二乙炔侧链结构、复合单元组成和结构以及制备途径等对聚二乙炔复合材料光响应灵敏度和可逆性的影响，探索光响应聚二乙炔复合材料多层次结构构筑和调控的规律，揭示复合材料光响应的具体机制；在此基础上，进一步与微制造技术相结合，制备具有特殊微纳结构的光响应聚二乙炔薄膜，探索其在信息存储、光学纳米传感器及智能材料等领域的应用。

环境敏感的共轭高分子材料一直是材料领域的研究热点，尤其是光响应共轭高分子材料在光开关、显色器、智能窗及光信息存储等领域具有独特的应用潜力而受到人们重视。环境响应共轭高分子材料的典型代表之一就是聚二乙炔类化合物。聚二乙炔类化合物具有独特的准一维电子共轭分子结构，显示出优越的光学和电学性能，聚二乙炔主链构象对环境十分敏感，热、pH、溶剂、离子、应力和极性气体等外界刺激均能诱导聚二乙炔主链构象发生变化，从而发生肉眼可观察到的颜色变化，甚至产生荧光，在智能材料和快速检测等领域有重要潜在应用。与其它外界刺激相比，将光作为刺激手段具有独特的优势。光是具有特定波长范围的电磁波，其强度、波长、偏振方向等多个物理量可方便地进行调节，并且外加光的时间和位置可以精确地控制，可控性高。因此构筑特定结构的聚二乙炔功能材料，并利用光刺激可逆调控聚二乙炔材料微结构和物理化学性能就成为有重要意义和极富挑战性的工作。在国家自然科学基金(51173176)的资助下，我们通过有机化学反应和超分子组装技术，将具有良好光响应特性的功能基团（如偶氮苯、香豆素、螺吡喃等）引入到聚二乙炔体系中，制备了一系列新型光响应聚二乙炔敏感材料。我们研究了组装基元结构、组成及组装过程对二乙炔组装体凝聚态结构、聚合行为及相应聚二乙炔材料表面微结构和稳定性的影响，并进一步基于圆偏振光辐照或磁光二向色性策略，发展了一系列螺旋聚二乙炔材料可控制备及结构调控的新方法；我们将偶氮苯、香豆素等光响应基团修饰到聚二乙炔侧链，制备了新型聚二乙炔光致变色和聚二乙炔光致荧光开关材料，探讨了复合材料在智能材料及检测领域的应用。我们重点关注聚二乙炔侧链结构、间隔基团长度、光敏感基元结构以及制备途径等对聚二乙炔光响应灵敏度和可逆性的影响。我们利用超分子组装技术，构筑了光响应聚二乙炔“智能”纳米容器，利用光刺激下偶氮苯基团与环糊精分子的组装和解组装，在囊泡壳层内形成光响应的“开”和“关”的孔道，实现对药物分子的可控装载和释放。我们将光响应聚二乙炔功能材料与微制造技术有机结合，制备具有特殊微纳结构的光响应聚二乙炔薄膜及一维微米管，发展了一系列新型聚二乙炔智能光子学器件。以上研究工作有助于我们探索光响应聚二乙炔材料多层次结构构筑和性质调控的规律，为构筑结构功能化和功能集成的光响应共轭高分子材料提供理论基础和关键技术，并拓展其在智能材料及检测等领域的应用。