贵州民族大学左晓玲团队《Chem. Eng. J.》：光固化3D打印变形变色双驱动荧光水凝胶

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荧光水凝胶是一种具有可调协发光特性的智能软材料，在不同的外界刺激下，该水凝胶的荧光现象会发生相应的改变，而具有荧光调谐能力的水凝胶驱动器更是智能材料领域的研究热点。传统水凝胶驱动器的构建大多基于双层结构的设计，为了丰富水凝胶驱动器的种类，同时实现更复杂的变形方式，构建具有梯度交联结构的水凝胶逐渐引起了研究者们的关注。但是，受加工条件的限制，以绿色、高效、可控的方式制造梯度交联水凝胶仍是一个挑战性的问题。

鉴于此，贵州民族大学左晓玲副教授课题组在《Chemical Engineering Journal》期刊上发表了题为“Fluorescent Hydrogel Actuators with Simultaneous Morphing- and Color/Brightness-Changes Enabled by Light-Activated 3D Printing”的文章 (DOI: 10.1016/j.cej.2022.137492)。该工作中，作者将光固化3D打印技术引入水凝胶驱动器的制造过程中，通过预设打印层厚度以及每层曝光时间，构建了具有特殊梯度交联结构的3D打印型荧光水凝胶驱动器。该驱动器由特别设计的三联吡啶基有机配体与N-异丙基丙烯酰胺/丙烯酸共聚得到，因而具有智能多色荧光特性。具体地，在UV@ 365 nm光源下，该水凝胶无论是否掺杂稀土离子均能释放出蓝色荧光，而在UV@ 254 nm光源下，该水凝胶在掺杂稀土离子前不发光，但掺杂后却能释放出强烈的稀土离子特征荧光（图1）。在不同温度刺激下，动态配位键、多重氢键以及梯度交联结构导致的差异性相变共同作用，使得稀土离子掺杂后的水凝胶可以随温度的变化呈现出自形变性能，同时在UV@254 nm光源下也能随温度的变化呈现出荧光颜色或荧光强度的变化。尤其是通过光固化3D打印技术制造的荧光水凝胶仿生花，当稀土离子掺杂摩尔比为Tb:Eu=3:1时，可以对不同温度进行响应实现变形/变色双功能协同驱动：在升温过程中实现“开花”，荧光颜色由绿色变为黄色，在降温过程中实现“闭合”，荧光颜色由黄色变为浅黄色（图2）。

图1 3D打印型荧光水凝胶驱动器的智能多色荧光特性

 图2 3D打印型荧光水凝胶驱动器在不同温度刺激下实现的变形变色双驱动响应

基于该水凝胶所特有的变形变色双驱动响应特性，3D打印型荧光水凝胶驱动器还可作为信息载体，以两种不同的方式来解密隐藏的信息：(1)通过特定的紫外光照射以读取信息，(2)随着温度的升高通过自变形显示信息（图3）。该研究有望为信息安全和防伪领域和仿生驱动领域提供新的思路，也为柔性材料领域提供了一种低成本、高效率、高精度的柔性驱动器，引领未来柔性材料的智能制造。

图3 3D打印型荧光水凝胶驱动器作为信息载体实现信息“加密-解密”

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894722029801?via%3Dihub

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