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  自然界中許多生物在應(yīng)力或外界環(huán)境影響下可表現(xiàn)出光學(xué)或力學(xué)性質(zhì)的響應(yīng)性。如章魚在受到攻擊時，其皮膚會發(fā)生力學(xué)性質(zhì)和顏色的改變；松果在干燥環(huán)境下會打開�；趯ψ匀唤邕@類現(xiàn)象的理解，學(xué)者們利用各種動態(tài)相互作用，例如：氫鍵、配位鍵、疏水作用及動態(tài)共價鍵等，已開發(fā)出多種外界刺激下性能調(diào)節(jié)性仿生智能材料。特別地，在同一材料中同時實(shí)現(xiàn)光學(xué)與力學(xué)性能耦合響應(yīng)（如通過材料的顏色變化即可反映其力學(xué)狀態(tài)變化）極具潛在應(yīng)用價值，但這一類材料的開發(fā)仍然具有挑戰(zhàn)性。

  針對智能材料的光學(xué)與力學(xué)性能可逆耦合響應(yīng)這一研究前沿，寧波大學(xué)翁更生副教授與美國康涅狄格大學(xué)何杰教授等人在《Advanced Functional Materials》發(fā)表了一篇題為“An Adaptable Tough Elastomer with Moisture-Triggered Switchable Mechanical and Fluorescent Properties”的研究論文。該研究基于團(tuán)隊前期在Eu-IDA（亞氨基二乙酸）動態(tài)配位調(diào)控聚合物水凝膠的多重?zé)晒馍薯憫?yīng)方面的成果（Advanced Materials, 2018, 1706526），利用紅色熒光發(fā)射性的鑭系金屬離子（銪，Eu³⁺）與含IDA配體的聚2-(2-甲氧乙氧基)甲基丙烯酸乙酯通過動態(tài)配位作用構(gòu)筑第一重物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，然后再引入另外一重共價交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，最終得到如圖1所示堅韌性濕度刺激響應(yīng)彈性體。

圖1 堅韌性濕度刺激響應(yīng)彈性體的制備與多重響應(yīng)性示意圖

  該彈性體表現(xiàn)出強(qiáng)而韌的力學(xué)性能，Eu-IDA動態(tài)配位對該彈性體力學(xué)性能有顯著影響。僅加入少量Eu³⁺離子（IDA:Eu = 7:1, mol），楊氏模量即有一個數(shù)量級的提高，同時力學(xué)強(qiáng)度與伸長率也明顯提高。此外，由于在外力作用下Eu-IDA動態(tài)配位的絡(luò)合與解絡(luò)合，該彈性體也表現(xiàn)出足夠大的能量耗散及其恢復(fù)性（圖2）。在該彈性體中，IDA作為Eu³⁺離子的“天線”，可實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的紅色熒光發(fā)射性。由于Eu-IDA動態(tài)配位在濕度影響下可發(fā)生可逆的絡(luò)合與解絡(luò)合，因此可表現(xiàn)出熒光的開/關(guān)效應(yīng)；另一方面，Eu-IDA配位對力學(xué)性質(zhì)有顯著影響，其絡(luò)合與解絡(luò)合也可實(shí)現(xiàn)明顯的力學(xué)性能強(qiáng)弱的開/關(guān)效應(yīng)。最終可實(shí)現(xiàn)濕度刺激下的熒光色彩與力學(xué)性能的耦合響應(yīng)（如圖3和4）。該彈性體在生物傳感器、可穿戴光電器件、防偽等方面有潛在應(yīng)用。除了濕度響應(yīng)外，Eu-IDA動態(tài)配位的pH及競爭性金屬離子響應(yīng)性（如Fe³⁺）也進(jìn)一步擴(kuò)展了該彈性體的應(yīng)用。

圖2 堅韌性濕度刺激響應(yīng)彈性體的力學(xué)性質(zhì)

圖3 濕度刺激彈性體薄膜的熒光色彩可逆響應(yīng)

圖4 濕度刺激彈性體的力學(xué)性質(zhì)可逆響應(yīng)

  以上工作得到了浙江省自然科學(xué)基金、寧波市自然科學(xué)基金、寧波大學(xué)王寬誠幸�；稹⒖的腋翊髮W(xué)及美國自然科學(xué)基金委的資助。寧波大學(xué)材化學(xué)院碩士生周星與王立兵為論文共同一作，美國康涅狄格大學(xué)化學(xué)系博士生Zichao Wei為共同作者，寧波大學(xué)翁更生副教授與康涅狄格大學(xué)何杰教授為通訊作者。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201903543