吉大张晓安教授团队《Adv. Sci.》:多组分协同互助分步可控着色策略实现高性能光响应变色材料

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功能（智能）材料在满足人类需求的电子产品中扮演着重要角色，其中的光致变色材料因其广阔的应用前景备受青睐（例如：其在医疗和其他领域的传感检测、在电子显示、在满足人们信息交流和日用产品需求等方面的潜在应用）。现有的光驱动变色体系中，主要分为传统的紫外光驱动和新兴的可见光驱动两大类。相比于紫外光驱动材料的颜色变化来讲，可见光驱动的变色方式越来越获得重视。这是因为紫外光的能量很高，对材料和生命体系的破坏力很强，而可见光的能量较低，对材料和人体健康更加温和友善。由于可见光对材料的有机分子结构的损害要远比紫外光小，因此可见光驱动的颜色变化材料（LCM）具有更好的化学稳定性和循环可逆性，这些优势使得LCM的产品适用范围更加广阔。近年来，许多杰出研究团队已展示了多种用可见光驱动的材料变色途径，这些开拓性工作对推动相关领域的发展发挥了重要作用。然而，现有的LCM综合性能仍不理想（如：颜色对比度和保留时间不能兼容，快速擦写的重复使用性能仍不理想，所用的“可见光酸”成分带有不理想的背景颜色）。尤其是其性能逐渐退化（或记忆性能消失）的难题，严重阻碍了该领域向高端产品（如：显示、医用和工业传感器、信息存储、储能材料、分子电子器件等）的迈进。因此，迫切需要科学的突破或新技术，以提升其用于显示所需的综合性能。

事实上，“性能退化”技术瓶颈是功能材料领域普遍存在的问题，其来自于材料的特有性质，因为当材料具有所期待的高灵敏的刺激响应变色（或性能改变）能力时（优点），也隐含了它易受环境影响发生性能（颜色）退化的问题（缺憾）。上述的问题与当前惯用的“一步法”（或近似于“一步”）实现目标的驱动方式有关。这一模式在热门的光致变色分子开关、光诱导质子转移、和光催化氧化还原反应等领域屡见不鲜。尽管传统的“一步”刺激反应过程有着操作简单、反应迅速等优点，然而，其受周边环境影响的敏感性，也导致了其稳定性差、综合性能不理想的问题。

为了解决这个功能材料领域普遍存在的问题，推动LCM的发展以及拓展其在高端产品或领域的应用，吉林大学张晓安教授团队将传统的光驱动“一步”实现变色目标的过程拆分为由光和热驱动变色的多步可控过程。这是一个学习借鉴生命系统工作智慧的方案，神奇的生命活动正是利用多种成分的协同、互助、多步骤的方法来克服传统化学方法难以解决的问题。该课题组研究人员通过分步调整变色组分和辅助基质之间的协同互助程度，使光致变色材料既避免了原有的黄色背景问题，还有效抵抗外界环境对材料性能稳定性的干扰，并成功实现了迄今最长的信息保留时间的光控多色显示和良好的颜色变化循环可逆性。他们还成功实现了功能材料与激光打印技术兼容的超快速成像（如下图1所示），并展示了其多种应用的可能性（如下图2所示）。该工作不仅显著提升了可见光驱动变色材料的综合性能，其所提出的“分步可控的多组分协同互助驱动模式”，也有望帮助其它功能材料系统解决难以解决的问题。

图1. LCM的结构示意图以及综合性能展示。

图2. LCM在短期可重复使用广告牌，价签，身份卡上的应用展示，以及在吸收型阅读器上展望。

该科研成果刚刚发表于国际知名期刊《Advanced Science》，本文的第一作者是吉林大学的博士研究生杜贞，共同一作者为东莞理工大学的张婷博士，通讯作者为吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室的张晓安教授和化学学院的盛兰副教授。该项工作获得了国家科学基金委（21975099，21875087），吉林省优秀青年人才基金项目（20190103126JH）、吉林大学人才项目、科技创新研究团队和优秀青年教师支持计划的支持。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202103309

通讯作者简介：

张晓安教授 1982年毕业于吉林大学化学系，1987年获得英国巴斯大学理学博士学位，随后在美国西北大学从事博士后研究，曾历任美国Aldrich等公司高级研究员，惠普中央研究院项目首席研究员，2008年全职引进回国，2010年秋调入吉林大学超分子国家重点实验室。曾在Nature Materials，Advanced Material等国际顶级专业杂志发表SCI研究论文百余篇，并获百余项国内外发明专利（美国等）的授权。其主要研究方向：功能仿生材料及技术；刺激响应功能材料；分子和纳米光电材料及器件；动态超分子化学及微观反应动力学机制。 

盛兰副教授 2015年获吉林大学化学博士学位，并被直接留校和聘为副教授。曾在Nature Communications, Advanced Materials等国际高影响力杂志上发表研究论文17篇，已获授权的国内外发明专利多项（中国6项，美国1项，欧洲1项）。主要研究方向：温和刺激响应智能染料的仿生功能材料及绿色无墨打印技术的开发研究。其一作的原始创新工作（无墨喷水打印）曾引起国内外广泛关注。

点击下方“阅读原文”可下载该篇论文。

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