熱致變色材料在傳感、防偽、智能穿戴、ID身份識別、顯示等領域始終占據(jù)重要地位。顏色滯后現(xiàn)象限制了熱致變色材料在高靈敏領域的應用和發(fā)展。熒烷染料作為一種多功能分子開關，通常與相變材料和雙酚A構(gòu)成三組分熱致變色體系，由于分子間的電子轉(zhuǎn)移機制和相變材料的溫度滯后而存在變色溫度區(qū)間寬及顏色滯后等問題。解決變色滯后問題，在超高靈敏度傳感和體溫監(jiān)測等柔性傳感器或智能紡織品領域具有巨大的潛力。
近日，江南大學付少海教授課題組在《Chemical Engineering Journal》期刊上發(fā)表了題為“Ultrahigh-sensitivity thermochromic smart fabrics and flexible temperature sensors based on intramolecular proton-coupled electron transfer”的文章（DOI: 10.1016/j.cej.2022.136444）。為了提高熱致變色靈敏度，避免可逆變色過程的顏色滯后現(xiàn)象，該課題組設計合成了一組R-酰胺基-熒烷分子開關。新型熒烷染料為自身提供氫質(zhì)子，改變了常規(guī)的分子間電子轉(zhuǎn)移機制，通過分子內(nèi)質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移(PCET)機制與相變材料創(chuàng)造“二人世界”，賦予熱致變色體系優(yōu)異的變色靈敏度和超低的顏色滯后(< 0.5 ℃)。采用微膠囊技術將其整理在織物上制備具有超高靈敏度的可穿戴溫度傳感器。這種獨特的設計理念可以為其他變色材料的設計提供更多的啟發(fā)和豐富的變色機制。
圖1 R-酰胺基-熒烷分子開關
圖2 (a) 熒烷染料結(jié)構(gòu)及性能：M1(常規(guī)熒烷染料)、M2(合成品紅熒烷染料)、M3(合成綠色熒烷染料)；(b) M2@DPC的T-L*曲線；(c) M2@DPC熱臺及光學顯微鏡圖像；(d) M3@DPC的T-L*曲線；(e) M3@DPC熱臺及光學顯微鏡圖像；(f) M1@DPC和(g) M1@DPC@BPA的T-L*曲線
圖3 質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移熱致變色機制：(a) M3的變色機理；(b) 計算機模擬計算:反應物(b1)，過渡態(tài)(b2)和生成物(b3)(紅色=氧，灰色=碳，藍色=氮，白色=氫)(φ為AO1B的夾角)；(c)分子結(jié)構(gòu)的鍵長(單位:?)和鍵角；(d)反應能壘
圖4 UHTC-Ms熱致變色性能：(a) GUHTC-Ms的SEM圖像；(b) GUHTC-Ms的K/S曲線；(c) GUHTC-Ms的CIE Lab值；(d) CTC-Ms和GUHTC-Ms的變色溫度(T)范圍；(e) CTC-Ms和GUHTC-Ms的顏色滯后現(xiàn)象；(f) RUHTC-Ms的CIE Lab值；(g) CTC-Ms和RUHTC-Ms的變色溫度(T)范圍；(h) CTC-Ms和RUHTC-Ms的顏色滯后現(xiàn)象
圖5 應用展示：(a)溫度傳感示意圖；(b) 可重復使用的多級溫度傳感演示；(c) UHTCF的一系列響應溫度；(d) 可重復使用的溫度傳感標簽；(e)智能紡織品；(f)加密裝置示意圖；(g)加密代碼展示
江南大學紡織科學與工程學院在讀博士生王成成為該論文的第一作者，通訊作者為張麗平教授和付少海教授。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136444
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