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北化大:绿光诱导苯衍生物固液态转变及粘合剂应用

发布时间:2019/5/15 10:25:09 来源: 网络文摘

  近日,北京化工大学尹梅贞教授课题组报道了一种绿光诱导苯衍生物固液态转变的新型材料,并基于此开发出光开关的高度可逆粘合剂。该粘合剂极易溶于二等常见有机溶剂,容易清洗回收,可重复使用,为制备绿色环保型粘合剂提供一种新方法。相关成果以“Green-Light-Triggered Phase Transition of Azobenzene Derivatives toward Reversible Adhesives”为题发表在Journal of the American Chemical Society上,DOI: 10.1021/jacs.9b01056。北京化工大学博士生吴振为论文的第一作者,尹梅贞教授为通讯作者。

  粘合剂作为连接两种材料的桥梁,在生产生活中都扮演着非常重要的角色。粘合剂材料用途广,品种多,因此也称为工业味素,在许多现代产业中成为不可或缺的材料。在生活中,粘合剂更是无处不在。例如常见的胶水使用起来十分方便、简单,可是如果滴到手上却很难洗掉,并且不能重复利用。粘合剂材料面临着清洗困难、不可重复使用的难题,这也给环境和资源带来巨大的挑战。因此,发展绿色可循环使用的粘合剂对于化学科学、材料科学、环境保护和资源节约的发展都具有重要的学术价值和实际应用意义。

北化大:绿光诱导苯衍生物固液态转变及粘合剂应用

图1(a)苯衍生物P1和P2的结构式;(b)P1随着绿光照射时间的升温及固液态转变图片;(c)P1和P2固体吸收光谱;(d)P1的循环伏安曲线。

  针对此问题,作者通过设计一定长度的链和双,使之协同调节苯衍生物P1到一个稍高于室温的熔点。绿光照射下,由于P1的光热效应导致了固体到液体的转变(图1)。停止光照,随着热量的释放,温度降到熔点之下,液态P1重新变成固态。液态P1自发且快速的固化过程不是基于cis到trans的化学转变,而是一个放热的物理变化。相同功率和光照时间的条件下,只有绿光能够实现P1从固态到液态的转变,紫外光、蓝光、红光则不能实现。通过循环伏安循环曲线法,测得P1的基态和激发态之间的能量差刚好匹配绿光的能量范围,因此P1更容易吸收绿光的能量,从而发生固液转化。

  如图2所示,液态P1固化后展现出非常好的粘合性能,绿光辐射后,P1升温熔化,失去粘合性能;冷却到室温后重新变成固态,又展现出很强的粘合力,此过程高度可逆。这种光开关的粘合剂极易溶于二等常见有机溶剂,容易清洗回收,可多次循环使用,在绿色环保、资源节约的粘合剂领域展现出巨大的应用前景。

北化大:绿光诱导苯衍生物固液态转变及粘合剂应用

图2 光开关粘合剂示意图

  该研究的意义:通过绿光光热效应诱导材料实现快速的固液态转变,并应用于高度可逆的光开关粘合剂,为制备绿色环保型粘合剂提供了一种新方法。

  该研究团队前期曾报道过其他类型的光热材料,分别发表于Nat. Commun. 2019, 10, 767; Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 1638; Sci. Bull. 2018, 63, 101; ACS Nano 2017, 11, 3797等杂志。该研究工作得到了国家自然科学基金委、中组部“万人计划”及北京化工大学“双一流学科”项目的资助。

  文章信息:

  Zhen Wu, Chendong Ji, Xujie Zhao, Yilong Han, Klaus Müllen, Kai Pan, and Meizhen Yin*, Green-Light-Triggered Phase Transition of Azobenzene Derivatives toward Reversible Adhesives, J. Am. Chem. Soc. 2019, DOI: 10.1021/jacs.9b01056.