日本開(kāi)發(fā)出自帶發(fā)光特性的自愈材料

日本理化學(xué)研究所可持續(xù)資源科學(xué)中心（CSRS）的一個(gè)研究小組成功開(kāi)發(fā)出一種自修復(fù)材料，這種材料在吸收光線時(shí)還能發(fā)出大量熒光。這項(xiàng)研究成果發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》（Journal of the American Chemical Society）上，為發(fā)明有機(jī)太陽(yáng)能電池等新型材料鋪平了道路，與現(xiàn)有材料相比，這種材料的耐用性更強(qiáng)。

理化學(xué)研究所 CSRS 研究人員開(kāi)發(fā)的一種突破性自愈合熒光材料為更耐用的有機(jī)太陽(yáng)能電池和更廣泛的應(yīng)用提供了潛力，符合可持續(xù)消費(fèi)和生產(chǎn)的目標(biāo)。

2019 年，理化學(xué)研究所 CSRS 的侯兆民及其團(tuán)隊(duì)使用稀土金屬催化劑成功共聚了乙烯和異丙烯。由此產(chǎn)生的二元共聚物具有顯著的損傷自愈特性。這種共聚物的軟組分（乙烯和異丙烯的交替單元）與乙烯-乙烯鏈的硬結(jié)晶單元結(jié)合在一起，成為物理交聯(lián)點(diǎn)，形成了納米相分離結(jié)構(gòu)，這被證明是自愈合的關(guān)鍵。

圖片:07cddbaa6b93e896a38a2e3a4b7004ed~noop.jpg

由乙烯、異丙烯和芘乙烯基取代苯乙烯組成的三元共聚物花紋薄膜的熒光和自愈特性。

在這一成功的基礎(chǔ)上，他們?cè)趩误w中加入了發(fā)光單元苯乙烯，然后形成了包括異丙烯和乙烯在內(nèi)的聚合物。這一過(guò)程只需一個(gè)步驟，就能合成具有熒光特性的自愈材料。

"熒光材料非常有用，可用于有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）、有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（OFET）和太陽(yáng)能電池。然而，這些材料的主要問(wèn)題之一是使用壽命短。我們的新材料有望延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命并提高可靠性。"

還有一個(gè)驚喜，事實(shí)證明，由此產(chǎn)生的共聚物不僅堅(jiān)韌，而且還能在沒(méi)有外部刺激或能量的情況下實(shí)現(xiàn)自我修復(fù)。它的拉伸強(qiáng)度在 24 小時(shí)內(nèi)完全恢復(fù)，與二元共聚物相比，顯示出很高的自愈速度。這種材料即使在水、酸性和堿性溶液中也能自我修復(fù)，因此可用于各種環(huán)境。

這種共聚物的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括由苯乙烯-苯乙烯單元和結(jié)晶乙烯-乙烯納米域形成的物理交聯(lián)點(diǎn)，以及由交替單元組成的軟段，從而促進(jìn)了自我修復(fù)。

這種材料還顯示出一種附加特性。研究小組通過(guò)光刻技術(shù)成功地將二維圖像轉(zhuǎn)移到了熒光自修復(fù)薄膜上。雖然圖像在自然光下仍不可見(jiàn)，但在紫外線下卻可以辨認(rèn)，這表明這種薄膜有可能用作信息存儲(chǔ)設(shè)備。即使在圖像的作用下，薄膜仍能保持良好的自愈合和彈性特性。

"我們通過(guò)一步反應(yīng)合成的這種材料，使我們能夠通過(guò)調(diào)整單體的成分來(lái)控制其光學(xué)和機(jī)械性能。我們認(rèn)為，它能為開(kāi)發(fā)在各種實(shí)際環(huán)境中具有高度自愈能力的新型功能材料做出重大貢獻(xiàn)，"侯說(shuō)。"這項(xiàng)研究符合聯(lián)合國(guó)的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDGs），尤其有助于實(shí)現(xiàn)"目標(biāo)12：確�？沙掷m(xù)的消費(fèi)和生產(chǎn)模式"。