可刚可柔 新光控聚合物能转换特性

2018年07月20日08:59  来源:科技日报
 

美国麻省理工学院研究人员18日在《自然》杂志上发表研究论文称,他们开发出一种新型聚合物,能够在不同波长光线照射下改变其结构,在刚性和柔性两种状态间转换。

聚合物的许多特性,如硬度和膨胀能力,都受其拓扑结构,即材料组成部分的排列方式的控制。通常,材料一旦形成,其拓扑结构就不能可逆地改变。而此次麻省理工学院化学教授杰里迈亚·约翰逊带领研究小组却创建出一种可在两种不同拓扑状态间可逆转换的材料。

约翰逊几年前曾和同事一起开发出一种新材料制备技术,将附着在配体上的聚合物与钯原子结合,形成刚性笼状簇,然后通过柔性聚合物将这些笼状结构连接在一起,最终形成被称为“polyMOCs”的新型聚合物。在新研究中,研究小组利用同样方法,设计出结构可在两个不同大小笼状簇(一个含有24个钯原子和48个配体分子,另一个含有3个钯原子和6个配体分子)间可逆转换的材料。而实现可逆转换的关键,则是被纳入到配体中的名为DTE的光敏分子。当DTE暴露在紫外线下时,它在配体中呈环状,这会增加配体上的氮分子与钯键合的角度,形成大的团簇;而当DTE暴露在绿色光下时,原本的环会被破坏,氮与钯键合的角度变小,进而重新形成较小的团簇。这个转换过程大约需要5个小时。但在逆转换时,每次都会有小部分聚合物不能转换。研究人员称他们一共可完成7次逆转换。

研究人员发现,当材料结构处于大簇状态时,它是刚性的;而处于小簇状态时,则会变得十分柔软,在加热时甚至可以流动,这意味着其可以被切割,并会在温和加热后自愈。

该研究中使用的聚合物是聚乙二醇(PEG),但研究人员称,这种方法可以用于任何种类的聚合物。对于新材料的应用前景,研究人员表示乐观。约翰逊认为,新材料的自愈特性可使其作为外部涂层,帮助产品延长使用寿命;拓扑结构转换能力则有可能让其在药物递送方面一显身手,为可逆的药物输送提供新方法。(刘海英) 

(责编:赵清(实习生)、熊旭)

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