北理工黎朝/港中深唐本忠院士《Adv. Mater.》：高弹性AIE活性纳米复合水凝胶实现信息存储拓展

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高性能、功能独特的先进材料是人类社会发展的主要动力之一。先进材料在各个领域的应用可以很大程度上促进相应领域的发展。近几十年来，材料科学与工程蓬勃发展，各种先进材料层出不穷，为高新技术领域的发展奠定了基础。面对各种各样的先进材料，选择合适的材料并充分利用其特点使其在特定领域进行先进应用十分重要，但具很大的挑战，这需要在充分了解材料的特性和构效关系的基础上，结合对该特领域的深度认知和对领域前沿的了解，进行理性设计。

图1. 高弹性AIE活性NC水凝胶通过拉伸实现信息存储拓展的示意图。

北京理工大学医学技术学院黎朝特别副研究员团队和香港中文大学（深圳）理工学院院长唐本忠院士团队合作在《Advanced Materials》期刊上发表了题为“Information Storage Expansion Enabled by a Resilient Aggregation-Induced Emission-Active Nanocomposite Hydrogel”的文章（DOI: 10.1002/adma.202207212）。他们将pH响应型聚集诱导发光（AIE）发光体（AIEgen）(Me₂N)₂-TPE-Py引入基于聚丙烯酰胺/纳米粘土（Laponite XLS）的纳米复合（NC）水凝胶中，开发出一种高回弹性AIE活性NC水凝胶。他们巧妙利用了凝胶网络中纳米粘土表面带负电荷的特点，pH刺激（酸化）后带正电的AIEgen可与粘土间产生静电相互作用，刚性粘土限制AIEgen的分子内运动，使AIEgen的荧光显著增强，从而实现了酸刺激下的“点亮（turn-on）”型荧光信息录入；另一方面，该水凝胶还继承了相应NC水凝胶好的拉伸性能和出色的回弹性，弹性膜材料在拉伸时，膜的面积可扩大，这意味着符号类信息存储空间的增加，很多符号信息（如条形码、二维码、文字等）的可辨认性是通过组成符号的子图形间的距离和空间分布实现的，因此，在膜拉伸状态下录入的符号信息，在膜恢复后可收缩失去可辨认性，而收缩后的符号也可作为另一在膜原始状态下录入的符号的一部分，形成嵌套，这样在拉伸前后即可实现不同信息的读取以及信息的拓展。利用该材料的上述先进特性，研究人员将多个荧光信息录入到不同状态（原始状态和拉伸状态）的水凝胶膜中，并在凝胶的不同状态下读取信息，通过水凝胶的拉伸-恢复过程实现了信息存储拓展（图2）。此外，由于荧光信息具有激发波长依赖性（本工作中荧光符号在可见光下不可见，在365 nm紫外光（UV）下可见），结合拉伸-恢复过程，实现了信息的双重加密（图3）。本工作充分利用AIE材料和NC水凝胶两种先进材料的优势，通过理性设计，协同实现了在特定领域的先进应用，对先进材料在高技术领域的应用具有启发性意义。

图2. 高弹性AIE活性NC水凝胶的信息存储拓展应用。(a) 通过水凝胶拉伸-恢复过程实现荧光文字信息录入和读取。(b) 通过水凝胶拉伸-恢复过程实现的荧光条形码和文字嵌套信息的录入和信息存储拓展。(c) 通过水凝胶拉伸-恢复过程实现的荧光二维码和多个条形码嵌套信息的录入和信息存储拓展。图中荧光照片于365 nm UV下拍摄。

图3. 高弹性AIE活性NC水凝胶的双重加密应用。具有不同荧光信息的水凝胶在非拉伸和拉伸状态下的荧光和可见光照片。图中荧光照片于365 nm UV下拍摄。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202207212

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