日本開發(fā)出自帶發(fā)光特性的自愈材料

日本理化學(xué)研究所可持續(xù)資源科學(xué)中心（CSRS）的一個研究小組成功開發(fā)出一種自修復(fù)材料，這種材料在吸收光線時還能發(fā)出大量熒光。這項研究成果發(fā)表在《美國化學(xué)學(xué)會雜志》（Journal of the American Chemical Society）上，為發(fā)明有機太陽能電池等新型材料鋪平了道路，與現(xiàn)有材料相比，這種材料的耐用性更強。

理化學(xué)研究所 CSRS 研究人員開發(fā)的一種突破性自愈合熒光材料為更耐用的有機太陽能電池和更廣泛的應(yīng)用提供了潛力，符合可持續(xù)消費和生產(chǎn)的目標(biāo)。

2019 年，理化學(xué)研究所 CSRS 的侯兆民及其團隊使用稀土金屬催化劑成功共聚了乙烯和異丙烯。由此產(chǎn)生的二元共聚物具有顯著的損傷自愈特性。這種共聚物的軟組分（乙烯和異丙烯的交替單元）與乙烯-乙烯鏈的硬結(jié)晶單元結(jié)合在一起，成為物理交聯(lián)點，形成了納米相分離結(jié)構(gòu)，這被證明是自愈合的關(guān)鍵。

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由乙烯、異丙烯和芘乙烯基取代苯乙烯組成的三元共聚物花紋薄膜的熒光和自愈特性。

在這一成功的基礎(chǔ)上，他們在單體中加入了發(fā)光單元苯乙烯，然后形成了包括異丙烯和乙烯在內(nèi)的聚合物。這一過程只需一個步驟，就能合成具有熒光特性的自愈材料。

"熒光材料非常有用，可用于有機發(fā)光二極管（OLED）、有機場效應(yīng)晶體管（OFET）和太陽能電池。然而，這些材料的主要問題之一是使用壽命短。我們的新材料有望延長產(chǎn)品的使用壽命并提高可靠性。"

還有一個驚喜，事實證明，由此產(chǎn)生的共聚物不僅堅韌，而且還能在沒有外部刺激或能量的情況下實現(xiàn)自我修復(fù)。它的拉伸強度在 24 小時內(nèi)完全恢復(fù)，與二元共聚物相比，顯示出很高的自愈速度。這種材料即使在水、酸性和堿性溶液中也能自我修復(fù)，因此可用于各種環(huán)境。

這種共聚物的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括由苯乙烯-苯乙烯單元和結(jié)晶乙烯-乙烯納米域形成的物理交聯(lián)點，以及由交替單元組成的軟段，從而促進了自我修復(fù)。

這種材料還顯示出一種附加特性。研究小組通過光刻技術(shù)成功地將二維圖像轉(zhuǎn)移到了熒光自修復(fù)薄膜上。雖然圖像在自然光下仍不可見，但在紫外線下卻可以辨認(rèn)，這表明這種薄膜有可能用作信息存儲設(shè)備。即使在圖像的作用下，薄膜仍能保持良好的自愈合和彈性特性。

"我們通過一步反應(yīng)合成的這種材料，使我們能夠通過調(diào)整單體的成分來控制其光學(xué)和機械性能。我們認(rèn)為，它能為開發(fā)在各種實際環(huán)境中具有高度自愈能力的新型功能材料做出重大貢獻，"侯說。"這項研究符合聯(lián)合國的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDGs），尤其有助于實現(xiàn)"目標(biāo)12：確�？沙掷m(xù)的消費和生產(chǎn)模式"。