Lichtreaktives intelligentes adaptives Materialsystem: lichtgesteuerte topologische rekonstruierbare Polymere

Tian-tian Yang ,  

Hua-ping Xu ,  

摘要

Intelligente adaptive Materialien sind ein wichtiger Bestandteil moderner Hochleistungsmaterialsysteme und werden weit verbreitet in vordergründigen Bereichen wie Fertigung, Optoelektronik und bio-nanoanwendungen eingesetzt. Im Vergleich zu anderen Stimuli (wie Temperatur, pH-Wert usw.) haben Lichtsignale den Vorteil der Sauberkeit, Erneuerbarkeit sowie hoher räumlich-zeitlicher Auflösung. Daher haben sich die Grundlagenforschung und die technologische Anwendung von lichtempfindlichen intelligenten adaptiven Materialien in den letzten Jahren stark entwickelt. Die topologische Struktur von Polymeren, als entscheidender Faktor für die Materialeigenschaften, beeinflusst das Intelligenzniveau des Materials direkt durch seine Fähigkeit zur dynamischen Rekonstruktion, weshalb die lichtinduzierte topologische Rekonstruktion zur Kernstrategie beim Aufbau von lichtempfindlichen intelligenten adaptiven Materialien geworden ist. Diese Übersicht fasst zunächst systematisch die photochemischen/physikalischen Reaktionsmechanismen der häufig verwendeten photosensiblen Gruppen in lichtreaktiven Materialien zusammen und fokussiert anschließend auf den mehrstufigen Antwortprozess der lichtgesteuerten topologischen Strukturveränderung: Durch exemplarische Fallanalysen werden die Steuerungsmechanismen und das funktionale Design des Isomerisierungs-, Dissoziations-/Rekombinationsverhaltens der photosensiblen Gruppen auf Ebene der Polymerkettenabschnitte (z. B. Kontrolle der Vernetzungsdichte), Netzwerke (z. B. dreidimensionale topologische Rekonstruktion), Netzwerkperkolationsebene (z. B. Kettenbruch und Abbau) sowie der Schnittstellenentwicklung erläutert. Abschließend werden die aktuellen Engpässe wie unzureichende Ansprechgeschwindigkeit, geringe Effizienz, Phototoxizität und schwer zu eliminierende Biotoxizität von lichtgesteuerten rekonstruierbaren Materialien analysiert und deren Anwendungsperspektiven in adaptiven Beschichtungen, programmierbaren weichen Robotern und weiteren Bereichen diskutiert.

关键词

lichtreaktive Materialien; intelligente adaptive Materialien; topologische Rekonstruktion

阅读全文