基于电荷转移相互作用（CT）构建响应性形状与荧光双重转变材料的研究

The responsive smart materials have been widely used in various areas and draw much attention of the researchers. While, most of the case, it is difficult to achieve dual-reconfigurations synchronously. In this research, the shape and fluorescence reconfiguration materials are designed based on the CT interaction between anthracene (An) and naphthalene diimide (NDI) which emit the blue-green fluorescence, and the CT complex leads to the red fluorescence. The photo-dimerization of An can simultaneously control the cross-linking and CT interaction between An and NDI. Hence, the material exhibits the responsive shape and fluorescence reconfiguration. Furthermore, the stress-regulated shape and fluorescence reconfiguration is explored in the biphasic system. Due to the effect of polymer chains interaction and phase behavior on the CT interaction, the stress can be used to design the shape and fluorescence reconfiguration. Furthermore, more complex and various reconfiguration can be achieved via the combination of UV light and stress. For the chemical structure of the fluorophore has not been destroyed, this kind of fluorescence reconfiguration can switch for many times with high efficiency. In this method the smart materials can be obtained conveniently from the common-used polymers, which has advantages in the areas of intellectual visualization monitor control system and intelligent switch and so on.

刺激响应性智能材料在多个领域都有着十分重要的应用，受到了广泛的关注。针对目前响应性双重或多重转变难以同步实现的研究现状，本研究通过蒽与萘之间的电荷转移相互作用(CT复合作用)构建形状和荧光双重转变的响应性材料。当材料受到紫外光的照射时，蒽的二聚反应会改变材料的结构和荧光效果。因此，这类智能响应性材料可以在紫外光的作用下，对其形状及荧光效果进行设计，进而在外界刺激的条件下，发生双重转变。设计双组分体系，通过应力改变聚合物分子链间的距离来调控CT复合作用效果，实现应力调控的形状和荧光转变。进一步地，将应力与紫外光协同作用，可以实现更加复杂多样的形状及颜色转变。该方法可同步实现形状和荧光的双重转变，由于荧光生色团化学结构未破坏，可实现稳定的多次往复转变，且工艺流程简单易行，原材料廉价易得，适合作为智能开关、可视监控器件等材料推广使用。

响应性材料在受到外界刺激时其形状、颜色、模量等性能会发生可控改变和调节，被 广泛应用于电子科学、国防科技等多个领域。设计并制备刺激响应性智能材料也成为了当前材料研究的热点。在本课题中我们将蒽的光二聚特性与蒽和萘酰亚胺结构间CT复合作用相结合，探索设计制备一种具有类似章鱼应激性保护行为的形貌和颜色双重转变的响应性材料。以柔韧的弹性体材料例如聚丁二烯作为基体材料之一，以保证材料的弹性和柔韧度，同时聚丁二烯廉价易得。材料的荧光转变行为则是通过蒽、萘酰亚胺及其CT复合物的荧光效果实现的。本体系中可以通过光照或应力实现复杂的形状与荧光颜色双重转变的调控与设计，且可满足实际应用中对转变可逆性的要求。以含萘酰亚胺结构的线性聚酰亚胺作为另一组分基体聚合物材料与蒽接枝的聚丁二烯共混。通过紫外光照改变分子链间距离来调控CT复合作用，进而实现应力调控的形貌及荧光转变行为。研究通过紫外光调控性能及荧光转变行为的方法及影响因素。同时，我们也研究双组分体系中应力或应力与紫外光协同作用条件下材料表面的图案化及荧光转变行为。在基于CT复合作用的材料的表面图案化及荧光转变行为的研究基础上，我们进一步探索了单层膜体系的表面自褶皱机理及影响因素，为单层膜体系的表面微图案设计与研究提供实验探索和理论支撑，并取得了一定成果和进展。研究过程中发现微观有序图案的形状转变、形状记忆、自修复等性能十分具有研究意义。