近日，西北工業大學張秋禹教授團隊聯合香港中文大學（深圳）唐本忠教授團隊在《Nature Communications》期刊線上發表題為《Fluorescent robust photoactuator via photocrosslinking induced single-layered janus polyimide》的研究論文。
先進的智慧聚合物材料能夠在外部刺激下進行可逆變形或同時結合其他響應行為，因其獨特的效能而受到人們的廣泛關注，在很多領域都有著廣泛的應用，例如人造肌肉、軟碟機動器、生物醫學領域方面。大量的研究致力於製造多功能先進光碟機動器，聚焦材料設計和驅動機制探索。其優勢在於光的遠端、空間操控性。這引發了一個有趣的問題：是否有一種一體化的策略，只利用單一波長的光將多種先進的功能整合到一種單一的材料中，同時實現光控的非均勻的空間分佈、驅動器的快速和可逆複雜變形以及資訊加密、擦除等。然而對這種多功能材料的探索仍然有限。此外，對於實現各種高科技領域的實際應用，對智慧材料的強度、模量、耐熱性和耐候性提出了更高的要求。很明顯，這是一個重大的挑戰，但非常具有吸引力。
本研究開發了一種高效、溫和的無催化巰基-炔點選聚合來製造感光聚醯亞胺（PI）。兩種聚合單體在不需要加入任何催化劑的情況下，在30 °C聚合15分鐘即可得到高分子量的PI，並控制巰基和炔之間僅發生一次反馬氏加成，從而保留光敏性雙鍵在聚合物分子主鏈。幾種薄膜具有高的機械效能、良好的透光性、高熱穩定性以及高折射率等效能。由於製備的PI分子主鏈包含光敏性雙鍵，並且其可以在紫外輻照下發生交聯反應，這賦予了該材料構築異質性和可程式設計性驅動器的可能。透過紫外線輔助光交聯薄膜直接獲得具有單層Janus結構的熒光光碟機動器，表現出紫外光控的可逆響應。這是由於PI薄膜中存在光敏性雙鍵，當正面受到紫外光輻照後發生交聯，而背面仍保持了原來的線性結構，薄膜正反兩面膨脹係數的不匹配從而實現紫外光熱驅動。同時，由於UV光致增強PL特性，含有聚集誘導發光基元的TPE-PI薄膜兩面呈現不同強度的熒光發射，進一步證明其Janus結構。同時，僅透過使用單束UV光可以輕易實現PI膜的選擇性非均勻空間分佈、驅動器的快速可逆複雜變形以及驅動器上的資訊加密、讀取和擦除。由於其優異的機械效能和驅動能力，即使在過載情況下，也能將光能轉化為明顯的運動。團隊將在未來的研究中繼續探索能夠選擇性地響應多波長光的聚合物並專注於小型化，這將有利於微機器人和仿生製造的進步。
圖文簡介
圖1 基於巰基-炔點選聚合製備聚醯亞胺及其效能
圖2 含AIE gen分子及聚合物的光物理性質
圖3 PI驅動器的構築及機理
圖4 PI爬行驅動器
圖5 圖案化光碟機動器的設計
圖 6 PI驅動器潛在的應用
西北工業大學與香港中文大學（深圳）聯合培養博士生薛書宇為論文的第一作者，西北工業大學張秋禹教授、張建波教授以及香港中文大學（深圳）理工學院唐本忠教授，趙徵助理教授為論文的共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、深圳市科創委基金及重點實驗室的基金資助。
論文連結：https://doi.org/10.1038/s41467-024-54386-9
來源：高分子科學前沿
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