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江南大学付少海团队:多彩多级响应的电致变色微胶囊及其在可穿戴智能纺织品及和柔性显示领域的应用

高分子科学前沿

作者|高分子科学前沿 来源|高分子科学前沿(ID:Polymer-science)

我们一般用“一目十行,过目成诵,半面不忘,博闻强记”来形容人的记忆力好,现在有一种智能变色材料也当得起一句“过目不忘”。

最近,江南大学纺织科学与工程学院付少海课题组赋予了纺织品神奇的颜色记忆能力,他们设计出了一种多彩和多级响应的电致变色颜色记忆微胶囊。传统的电致变色材料,电刺激即变色,在电刺激去除后,很快就会恢复到原始状态。而新开发的电致变色颜色记忆微胶囊在不适宜条件下,基于任何强度的电刺激也不屈服变色,实现无色态的颜色记忆;当给予一定的温度,电致变色颜色记忆微胶囊在电刺激下变色,此时先降低温度随后撤去电刺激,该材料仍然可以记忆变色后的颜色状态至少72 h,实现有色态的颜色记忆。这是一个有自己想法且记忆力很强的智能材料。该工作以“Multicolorand Multistage Response Electrochromic Color-Memory Wearable Smart Textile and Flexible Display”为题,发表在《ACS AMI》上。

颜色记忆性能

这种材料的制备非常简单,将荧烷染料,四丁基高氯酸铵和相变材料碳酸二苯酯混合,再利用溶剂挥发法进行包覆,制备电致变色颜色记忆微胶囊(ECM-Ms-red)。

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图a为ECM-Ms-red的变色和颜色记忆功能,图b为6’-(二乙氨基)-1’,3’-二甲基荧烷变色机理。

“幕后黑手”相变材料

在相变温度点以上,碳酸二苯酯(DPC)由固态转变为液态,将TBAP和染料溶解,整个芯材体系相当于一个电解液,在电刺激下,荧烷染料的中性态变为氧化态,显色。此时,温度降至室温,DPC由液态转变为固态,芯材体系变成不良导体,除去电刺激后,BEC-Ms-red可以记忆红色状态至少72 h。当不需要颜色记忆时,只需将温度调至DPC相变温度以上,红色记忆就可以很容易地恢复到无色记忆状态。

对此,我们进行了计算机模拟进行验证,模拟了在没有外部电源条件下,染料结构由氧化态恢复至中性态过程的吉布斯自由能。结果显示,在80 ℃,荧烷染料更容易发生结构变化,实现可逆电致变色;而在25 ℃,染料需要克服更高能量垒才能实现这种变化,从而实现颜色记忆功能。

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图a和b为计算机模拟计算结果此外,研究者还展示了可穿戴电致变色颜色记忆型智能纺织品等方面的应用。

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该研究的最大意义在于:控制氧化还原反应能垒实现电致变色颜色记忆微胶囊的制备,将加速颜色记忆材料在可穿戴智能纺织品及柔性显示等各方面的应用,为显色和变色的可控可调节提出一个新方案。

该工作的第一作者为该团队的王成成博士研究生,通讯作者为张丽平副教授和付少海教授。

编者按:本文转载自微信公众号:高分子科学前沿(ID:Polymer-science)


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