华南理工大学李红强副教授/曾幸荣教授课题组与美国康涅狄格大学孙陆逸教授课题组合作在可修复超疏水热致变色薄膜方面取得新进展
智能变色材料在热、磁场、辐射、机械应变等外界刺激下可以实现颜色的转变，在智能窗口、显示设备、防伪、加密等领域具有重要价值。自然界中，尼柯巴鸠、安娜蜂鸟、钻水鸭等鸟类拥有可变色的美丽彩虹色羽毛。有趣的是，在羽毛表面有序排列的微纳纹理结构还使其具备超疏水性，并赋予了羽毛优异的自清洁能力，起到保护变色结构、保持亮丽色彩的作用。此外，智能变色材料在实际应用中常面临由机械损伤造成的色彩退化、材料废弃等问题，因此赋予其修复性对提高材料耐用性、延长使用寿命具有重要意义。
最近，华南理工大学李红强副教授/曾幸荣教授课题组与美国康涅狄格大学孙陆逸教授课题组合作报道了一种可修复超疏水热致变色薄膜（STS）。该薄膜由三部分组成，包括顶部的热致变色层、中间的还原氧化石墨烯（rGO）电加热器及底部的聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物（PVDF-HFP）基底层。STS表面温度在0.64 W输入功率下升至50 ℃，薄膜从蓝色快速转变为粉红色，再进一步转变为黄色，此变色过程可在撤去电压后可逆回复。由于颜色转变的激发温度较低，一些常见热源如体温、吹风机等即可有效驱动STS的颜色变化，在实际使用中十分便利。此外，结合低表面能的PVDF-HFP及其与热致变色微胶囊在喷涂中形成的粗糙结构，STS表面呈现超疏水状态，接触角为155°（图1）。
图1. a）尼柯巴鸠的羽毛；b）STS的制备过程、变色行为、表面形貌及超疏水性
由于柔性PVDF-HFP分子链上极性-CF3基团间的动态偶极-偶极相互作用，切开的STS在愈合后可以实现表面形貌、力学性能的恢复以及rGO膜导电通路的重建。愈合STS在愈合区域保持高度疏水性，且在弯曲和扭转变形中保持良好的导电性（图2）。
图2. STS的愈合行为及机理
利用STS与手指、铁片和水滴接触产生的温差为刺激源，将STS用于触觉成像和书写记录板中，具有色彩艳丽、短暂显示、自动擦除和可重复使用等优点。此外，将具有多级变色性的STS用于防伪标志，具有轻松识别、伪造困难等优点（图3）。
图3. a-c）手指、铁片和水滴与STS接触引起的颜色转变行为；d-e）STS在防伪标志中的应用
以上相关结果以“Bioinspired Superhydrophobic Thermochromic Films with Robust Healability”为题发表在期刊ACS Applied Materials & Interfaces上（DOI: 10.1021/acsami.0c00344）。论文的第一作者为华南理工大学材料科学与工程学院博士生苏晓竞，通讯作者为华南理工大学李红强副教授，共同通讯作者为美国康涅狄格大学孙陆逸教授和华南理工大学曾幸荣教授。
近三年来，李红强副教授/曾幸荣教授课题组在功能性超疏水材料方面取得了多项研究成果（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 4213-4221; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 10587-10597; J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 16910-16919; J. Colloid Interf. Sci., 2019, 533, 198-206; Adv. Funct. Mater., 2019, 29, 1900554; Chem. Eng. J., 2020, 386, 123998; Chem. Eng. J., 2020, 386, 123994）。
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c00344
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.7b15909
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b01382
https://doi.org/10.1039/C8TA05273E
https://doi.org/10.1016/j.jcis.2018.08.060
https://doi.org/10.1002/adfm.201900554
https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.123998
https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.123994
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