郑州大学姚伟睛/魏从/刘旭影 AFM:基于光热触发自修复聚氨酯弹性体的多功能热致变色荧光装置

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2026年2月11日，郑州大学姚伟睛副研究员、魏从副教授以及刘旭影教授团队在Advanced Functional Materials上发表了题为“Photothermally Triggered Self-Healing Polyurethane Elastomers for Multifunctional Thermochromic Fluorescence Devices”的研究成果。本研究提出一种光响应自修复以及变色荧光材料。通过在聚氨酯基体中引入光热转换材料以及温度响应变色荧光材料，实现光触发自愈合以及荧光变色。该体系展现了光热系统在信息防伪与先进光学器件中的应用潜力。

自愈聚合物材料在保护涂层和生物医学系统中备受关注。然而，大多数现有的自愈系统多依赖热激活，这限制了其在环境或局部条件下的适用性。本研究报道了一种光热触发的自愈合聚氨酯弹性体（PUM），将二氧化钼（MoO₂）纳米材料整合进包含二硫键和氢键的动态聚合物网络中。它在阳光或近红外（NIR）照射下实现了宽谱光谱吸收，在此过程中MoO₂能够高效地将光转化为局部热量，激活可逆键交换，从而实现快速、自主的损伤修复。（图1）

图1 PUMs弹性体的分子结构设计示意图。

制备出的非晶结构的PUMs样品具有良好的热稳定性。体系随着MoO₂掺杂含量的提高，其光透过率明显下降，机械性能先升高，后下降。其中掺杂含量为0.04%的PUM-2样品展现出优越的机械性能，拉伸强度为40.8 MPa，断裂伸长率为1225.5%，韧性为189.6 MJ m⁻³。PUMs系统的机械强化主要源于填充剂诱导的物理强化机制，辅以弱相互作用。均匀分布的MoO₂颗粒作为刚性应力传递中心，限制聚合物链在变形下的迁移率，促进网络中更高效的应力分布。同时，薄弱的界面氢键和MoO₂-聚氨酯界面的物理吸附增强了载荷传递效率。（图2）

图2 PUMs的结构与性能表征

PUMs展现出良好的光热转换能力与光热稳定性，其在模拟太阳光和近红外光照下均能够实现快速升温，满足聚氨酯自愈合的需要。（图3）

图3 PUMs的光热转换性能。

基于PUM材料的自愈合能力，该系统在受损后通过近红外激光照射即可快速修复，且无需外部热源或化学修复剂，完全消除裂纹恢复机械性能，具备快速响应和高效修复的优势。在980nm的近红外激光照射下，其表面裂纹在2min内就完全愈合。机械自愈合结果也表明，其在980nm的激光照射后具有较高的自愈合效率。（图4）

图4 PUM-2的愈合性能表征

为进一步扩展功能，将热致变色荧光基团LaNbO₄:1%Bi³⁺/0.5%Eu³⁺引入到PUM中，实现了在980nm照射下可逆变色荧光的信息防伪装置，其荧光颜色会随着温度的升高发生明显变化。FPUM可以很容易地加工成可打印的发光油墨，用于信息加密和光学显示领域。（图5）

图5 基于PUM的多功能荧光光学器件

原文信息

https://doi.org/10.1002/adfm.202531865 

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