可複寫2D圖像且富彈性的螢光性自我修復新材料

 

刊登日期:2024/2/22
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日本理化學研究所開發出具備高度螢光量子產收率與橡膠彈性,且可複寫圖像之自行修復性材料。展現發光性等機能之自行修復材料的研發在學術與實用性上皆相當重要。過去已有研究提出了以凝膠(Gel)為基材、具螢光發光性的自行修復性彈性體,但尚有機械物性、自行修復性不足的課題存在。

此次開發採用了獨家的稀土類金屬觸媒,發光組合中係將有含有苯乙烯基芘(Styrylpyrene)的單體、大茴香基丙烯(Anisyl Propylene)、乙烯進行三元共聚合,透過一階段的反應就成功地獲得以高螢光量子產收率進行發光並具有橡膠彈性的自行修復性材料。經分析得知,新開發的材料具有大茴香基丙烯與乙烯之間交互組合、乙烯-乙烯長鏈、苯乙烯基芘與乙烯鏈之間呈現孤立狀態的構造。

新材料的拉伸率約1300%、斷裂強度約4 MPa,展現出優異的彈性體物性,即使沒有外部刺激或能量亦可自行修復。大茴香基丙烯與乙烯之間的交互組合發揮了柔軟成分的作用,而乙烯-乙烯鏈的硬結晶組合與苯乙烯基芘則做為物理性架橋點而具備了網絡構造。若將切斷面貼合在一起,乙烯-乙烯鏈的硬結晶組合或苯乙烯基芘組合會因分子間相互作用再凝聚,進而實現材料的自行修復功能。

另以特定波長的光照射新材料的話,將促使苯乙烯基芘內的碳-碳進行雙重結合([2+2]環狀化),藉此可控制螢光特性。此外,透過活用此項特性的微影製程(Photolithography),亦成功地在薄膜狀新材料表面上複寫2D圖像。

新材料在酸/鹼性水溶液等各種環境下都能展現自行修復性,且合成工程只需一階段,易於合成,並可控制光物性。今後將善用各項特性,將可發展出適用於各種環境之實用自行修復材料。


資料來源: https://www.riken.jp/press/2024/20240122_1/index.html
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