聚合物基力致变色材料的研究进展

汪太生，葛园梦，王毓荣，张 娜

(南京工程学院材料科学与工程学院，江苏 南京 211167)

1 前 言

近年来，受自然生物的启发，能够模仿生物体系动态特性的“智能”聚合物引起了人们广泛的研究兴趣并取得了显著的发展[1]。其中，能够对外界机械刺激作出光学响应的聚合物基力致变色材料受到了广泛的关注，其在很多领域都有非常重要的应用价值，如力学传感、安全通信及人体运动监测等[2-5]。这类材料在受力形变时分子内部会发生物理堆积结构或化学结构的转变，因此可用来显示和测定材料内部分子链所受微观应力的程度。这对于材料裂纹增长过程中总能量耗散分子机理的阐明具有非常重要的意义。通常，聚合物基力致变色材料可分为两大类，即染料-聚合物共混型力致变色材料和染料-聚合物共价连接型力致变色材料[6, 7]。共混型力致变色材料变色的基本原理是材料在受到机械刺激时，分散于聚合物基体中的染料分子的聚集结构发生了改变，从而伴随着材料光谱性质的变化。这类力致变色聚合物的优点是无需合成新的聚合物就可以获得新的性能，且体系中大分子的化学结构在受力前后保持不变。染料-聚合物共价连接型力致变色材料中力致变色单元是通过共价键连接到聚合物的分子链上。机械刺激会诱使染料分子发生原子尺度选择性化学转变进而导致材料光学性质的变化。这里的染料分子常被称为力致变色基团，其需要被恰当地引入至聚合物链中。……