温敏光控开关:结合离子液体温敏聚合物光控溶胶-凝胶转变

2023-05-24 15:54:48 Monionic离子液体 127

近日有研究出以作为溶剂的离子液体(ILs)分子结构为切入点,基于传统IL体系([C1mim][NTf2引入少量含偶氮苯的IL([Azo][NTf2])作为光控分子触发器,首次实现了三嵌段聚合物/复合IL体系(PMP-IL)的简便、快速光控Sol-Gel转变

Monils - 默尼离子液体

PMP-IL体系构成及光控Sol-Gel转变示意图。图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.


如上图所示的温敏性ABA嵌段聚合物PPhEtMA-b-PMMA-b-PPhEtMA(即PMP)包括聚甲基丙烯酸苯乙酯(PPhEtMA)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),由原子转移自由基聚合制备。以含偶氮苯IL([Azo][NTf2])和传统IL([C1mim][NTf2])按10/90(w/w)复配作为溶剂体系,得到PMP聚合物(30 wt%)溶液体系(PMP-IL)。PPhEtMA在含偶氮苯的IL体系中具有低临界溶解温度(LCST)行为,而PMMA与IL体系具有相容性。


对体系进行动态温度粘弹性模量测试,低于40 ℃体系呈现粘性溶液特征;略高于40 ℃体系仍呈粘弹性流体,但是G'和G''由于PMP聚合物结构中PPhEtMA组分的相转变行为而急剧升高;而温度升至61.3 ℃(Tgel)时溶液体系转变为凝胶状态。同时,体系不同温度下的(40 ℃、65 ℃、90 ℃)动态频率扫描测试也验证了其基于温度变化产生Sol-Gel转变。而在UV光照条件下,基于PPhEtMA与顺式状态下[Azo][NTf2]亲和力较弱,其体系Tgel 降至50.7 ℃。

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PMP-IL体系Sol-Gel转变行为测试。图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.


由于含偶氮苯IL的光异构化,PMP聚合物中PPhEtMA嵌段的溶解度也可发生光响应性的可逆变化,从而影响PMP的自组装并在宏观层面实现Sol-Gel转变。


研究人员进一步对PMP-IL体系Sol-Gel转变行为的光控性进行了系统的循环测试,研究表明在57 ℃测试温度下基于UV光和可见光的交替辐照诱导,PMP-IL体系呈现出快速可逆的Sol-Gel转变行为。同时,电导率测试表明Sol-Gel转变前后体系的离子电导率未呈现明显变化。因此,该体系可用作具备Sol-Gel转变行为的离子传导聚合物电解质。

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PMP-IL体系光控可逆Sol-Gel转变及离子电导率测试。图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.


——总结——


Masayoshi Watanabe教授研究团队在作为溶剂的IL体系中引入含偶氮苯基团的光响应性组分作为分子触发器,简便实现了三嵌段聚合物-IL溶液体系的光控可逆Sol-Gel转变。相比于传统的基于刺激响应性聚合物本身性质变化实现Sol-Gel转变的体系,该PMP-IL体系能够极大的扩展可供选择的聚合物范围。同时,该研究策略可进一步用于其他智能响应性软材料体系的设计和调控。


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