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北京航空航天大學(xué)陳愛華課題組通過無表面活性劑的可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移（RAFT）乳液聚合誘導(dǎo)自組裝（PISA）制備了含偶氮苯基元的聚合物亞微米球。在紫外/可見光交替照射下，球形粒子可以發(fā)生可逆的膨脹和收縮。這種亞微米球可用于構(gòu)建響應(yīng)性膠體光子晶體，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)色的原位控制。

響應(yīng)性光子晶體（RPCs）在傳感器、防偽和顯示等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。通過單分散膠體粒子的自組裝可以很容易地制備光子晶體，粒子直徑的變化將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)色的變化。然而目前缺乏一種可靠的方法原位調(diào)節(jié)粒徑，限制了RPCs領(lǐng)域的發(fā)展。

圖1 示意圖：（a）PPEGMA-b-PMAAz-b-PMMA三嵌段共聚物的制備。（b）MMA的無表面活性劑乳液聚合和聚合物粒子的光響應(yīng)行為

圖2 聚合物亞微米球在紫外/可見光照下的粒徑和多分散性的變化：（a-c）掃描電子顯微鏡圖像。（d）從掃描電子顯微鏡圖像上測得的粒徑。（e）水動力學(xué)直徑及多分散性

為了解決這一問題，陳愛華課題組提出了一種制備具有光觸發(fā)可逆膨脹行為的球形聚合物粒子的策略。該課題組首先合成了含偶氮苯基元的兩親性大分子RAFT試劑，并將其用于甲基丙烯酸甲酯（MMA）的無表面活性劑乳液聚合（圖1）。通過調(diào)節(jié)共聚物組成、乳化工藝、固含量和反應(yīng)時間等參數(shù)，得到了一系列不同粒徑的均勻的亞微米球。研究表明，偶氮苯嵌段的長度對于粒子形貌的調(diào)控至關(guān)重要。由于偶氮苯基團(tuán)具有光致順反異構(gòu)的特性，在紫外光照射下，偶氮苯會發(fā)生反式-順式的變化，導(dǎo)致聚合物球的尺寸膨脹，同時粒徑多分散性增加；而在可見光照時，偶氮苯發(fā)生順式-反式的變化，聚合物球的尺寸收縮，同時粒徑多分散性減少（圖2）。這種可逆的膨脹變形特性在五次紫外-可見光照循環(huán)中都能得到較好的保持。這一策略為在光照條件下可逆地調(diào)節(jié)聚合物球的尺寸提供了一種有效的方法，也為實現(xiàn)RPCs結(jié)構(gòu)色的原位控制奠定了基礎(chǔ)。

論文信息

Light-Triggered Reversible Swelling of Polymeric Spheres via Surfactant-Free RAFT Emulsion Polymerization-Induced Self-Assembly

Zichao Deng,?Chengyun Zhang,?Yalan Sun,?Rui Wang,?Tianhao Chen,?Zhefeng Liu,?Prof.?Dr. Aihua Chen

Chemistry – A European Journal?

DOI:?10.1002/chem.202300438

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