刺激響應(yīng)材料作為一類新興的能量轉(zhuǎn)換材料在仿生機(jī)器人、人工肌肉及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)了重要的應(yīng)用潛力。作為刺激響應(yīng)材料的一個(gè)分支，光致驅(qū)動(dòng)器因通過非接觸方式將光能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的特點(diǎn)而格外引人注目。
然而，由于材料內(nèi)部的基團(tuán)在位移過程中遭受強(qiáng)大的阻力，在宏觀尺度上直接實(shí)現(xiàn)光刺激響應(yīng)材料或器件的光致機(jī)械運(yùn)動(dòng)仍然是一項(xiàng)巨大挑戰(zhàn)。為了開發(fā)能夠在宏觀水平上進(jìn)行光致機(jī)械運(yùn)動(dòng)的器件，最重要的是要找到或設(shè)計(jì)能夠發(fā)生光反應(yīng)的化合物。到目前為止，只有少數(shù)幾類化合物具有光致機(jī)械運(yùn)動(dòng)行為。
近日，蘇州大學(xué)的郎建平教授課題組，淮陰師范學(xué)院的劉東教授課題組和鄭州大學(xué)的侯紅衛(wèi)教授課題組通力合作，以多烯烴化合物為研究對(duì)象，通過配位自組裝策略，設(shè)計(jì)并構(gòu)筑了一種可將光能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一維光敏烯烴配位聚合物。
該配位聚合物相鄰一維鏈上的烯鍵平行排列且距離符合施密特提出的[2+2]光環(huán)加成反應(yīng)條件。在365 nm紫外光照射下，該配位聚合物發(fā)生鏈間的烯烴[2+2]光環(huán)加成反應(yīng)并形成二維配位聚合物，相鄰的烯烴分子間也通過[2+2]光環(huán)加成反應(yīng)形成了少見的一維線性有機(jī)高分子。 用334、385、400、420、450和475 nm的光分別照射該配位聚合物，均能使其發(fā)生光環(huán)加成反應(yīng)并形成了相應(yīng)的同構(gòu)配位聚合物。這些化合物也發(fā)生了類似的結(jié)構(gòu)變化，但三個(gè)晶胞軸的長度隨著光的波長變化呈非線性變化。同時(shí)，晶胞體積也展現(xiàn)了光致非線性膨脹。這是首次報(bào)道的配位聚合物晶胞的光致非線性膨脹現(xiàn)象。 該配位聚合物的納米級(jí)粉晶能與聚乙烯醇均勻混合并形成復(fù)合膜，該復(fù)合膜表現(xiàn)出光聚合驅(qū)動(dòng)的宏觀機(jī)械運(yùn)動(dòng)行為。通過控制照射時(shí)間、光波長和光源位置，可實(shí)現(xiàn)可控的彎曲、滾動(dòng)、展開、提升、抓取和頂升等多種宏觀光致機(jī)械運(yùn)動(dòng)。 該工作不僅提出了在烯烴配位聚合物中合成一維有機(jī)聚合物的新方法，而且展示了基于光聚合反應(yīng)可將配位聚合物的微小晶格膨脹放大為宏觀機(jī)械運(yùn)動(dòng)，該研究結(jié)果為推動(dòng)基于配位聚合物的光致驅(qū)動(dòng)器在微機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展開辟了新的視角。 論文信息 Photopolymerization-Driven Macroscopic Mechanical Motions of a Composite Film Containing a Vinyl Coordination Polymer Zhan-Yong Yang, Xiao Sang, Dong Liu, Qiu-Yi Li, Feifan Lang, Brendan F. Abrahams, Hongwei Hou, Pierre Braunstein, Jian-Ping Lang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202302429
