近日，華南師范大學(xué)先進(jìn)光電子研究院周國(guó)富教授團(tuán)隊(duì)Laurens T.de Haan研究員在可穿戴式刺激響應(yīng)性液晶光子傳感器研究方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表于國(guó)際權(quán)威期刊《Advanced Functional Materials》(SCI影響因子：18.808)上，題為“Wearable Optical Sensing of Strain and Humidity: a Patterned Dual-responsive Semi-Interpenetrating Network of a Cholesteric Main-chain Polymer and a Poly(ampholyte)”。課題組碩士研究生石秀儀為論文的第一作者，Laurens T.de Haan研究員為通訊作者，周國(guó)富教授及王耀教授為共同通訊作者，華南師范大學(xué)為第一完成單位。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，探索多重刺激響應(yīng)性的光子傳感器，在現(xiàn)有的體系中引入新的刺激響應(yīng)性功能或者改善兩種聚合物材料的現(xiàn)有性能，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能，開發(fā)更高水平的應(yīng)用，擴(kuò)寬它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用的范圍，是該研究領(lǐng)域的一個(gè)重要趨勢(shì)。由于主鏈膽甾型液晶聚合物具有光選擇性反射和彈性性質(zhì)，在響應(yīng)性光子器件研究中具有很大優(yōu)勢(shì)，然而由于缺乏介晶側(cè)基，難以在此類材料中引入新的響應(yīng)性。

本工作提出了一種制備雙響應(yīng)光子傳感器的新策略，即將主鏈膽甾型彈性體和感濕性聚（兩性電解質(zhì)）相互滲透以組成半互穿網(wǎng)絡(luò)，不僅保留了主鏈聚合物的彈性和刺激響應(yīng)性，還獲得了第二聚合物的響應(yīng)性。在可見光范圍內(nèi)，該薄膜在機(jī)械應(yīng)變和水響應(yīng)下顯示非常高的靈敏性、可逆性和穩(wěn)定性；在接觸水時(shí)，由于聚（兩性電解質(zhì)）吸水膨脹，彈性體中螺距增大反射顏色發(fā)生紅移；而當(dāng)施加應(yīng)變時(shí)，由于薄膜徑向收縮，螺距減小反射顏色發(fā)生藍(lán)移；此外，通過在不同溫度下進(jìn)行局部光聚合可以制備特定色彩鮮艷的響應(yīng)圖像，并展示了其在人體汗液監(jiān)測(cè)和運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。該技術(shù)方法可以進(jìn)一步擴(kuò)展到主鏈液晶聚合物與其它響應(yīng)聚合物的結(jié)合，為開發(fā)多重刺激響應(yīng)智能材料提供了新思路。

總之，本研究提出了一個(gè)光子傳感器，對(duì)機(jī)械應(yīng)變和水具有動(dòng)態(tài)顏色調(diào)諧響應(yīng)。這些傳感器是由一個(gè)主鏈CLCE和一個(gè)親水性聚(兩性電解質(zhì))網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)聚合產(chǎn)生的SIPN產(chǎn)生的，后者是一個(gè)正負(fù)電荷附著在聚合物鏈上的聚合物。利用CLCE的力致變色特性和聚兩性電解質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的吸水/解吸能力，薄膜不僅能在拉伸和釋放時(shí)產(chǎn)生顏色變化，而且還能在隨水膨脹而產(chǎn)生體積變化時(shí)產(chǎn)生顏色變化。顏色可以在兩步固化過程中形成圖案，以獲得色彩鮮艷的響應(yīng)圖像與良好的對(duì)比度。這些有圖案的傳感器可以直接作為可穿戴設(shè)備使用，可以輕松地附著在手腕、手臂等部位，成功地結(jié)合了汗液檢測(cè)、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、身體裝飾等功能。

本研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、廣東省光信息材料與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、長(zhǎng)江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃、廣州市科技計(jì)劃和“111計(jì)劃”等項(xiàng)目的支持。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202104641