高分子材料可以說(shuō)是當(dāng)今人類社會(huì)最不可或缺的材料之一，身影遍及人類活動(dòng)的各個(gè)方面。但是，高分子材料也有一些共性問(wèn)題，比如使用壽命較短，易產(chǎn)生難降解的廢棄物；加工過(guò)程需要加熱熔融或者有機(jī)溶劑溶解，耗能且容易產(chǎn)生污染等等，科學(xué)家們也一直在尋找解決方案。
光作為一種清潔能源，還能快速、準(zhǔn)確的進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，因此光響應(yīng)性聚合物材料的開發(fā)利用是科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。在高分子聚合物體系中，含偶氮類聚合物是光響應(yīng)性聚合物體系中的典型代表。偶氮苯基團(tuán)具有熱力學(xué)穩(wěn)定的反式（trans）和亞穩(wěn)定的順式（cis）兩種異構(gòu)體。在紫外光照射下，偶氮苯基團(tuán)從反式轉(zhuǎn)變?yōu)轫樖綘顟B(tài)（trans→cis）；在特定波長(zhǎng)的可見光照射下或是在暗室中，熱力學(xué)亞穩(wěn)態(tài)的順式結(jié)構(gòu)又能夠轉(zhuǎn)變?yōu)榉词綐?gòu)態(tài)（cis→trans）；整個(gè)異構(gòu)過(guò)程循環(huán)可逆。由于偶氮苯基團(tuán)的順式狀態(tài)和反式狀態(tài)具有不同的偶極矩和分子尺寸（trans: 0.5 D/0.9 nm; cis: 3.1 D/0.55 nm）（Chem. Rev., 1989, 89, 1915-1925），從而導(dǎo)致在不同光照條件下偶氮苯基團(tuán)產(chǎn)生可逆順?lè)串悩?gòu)引起其聚合物基體產(chǎn)生光軟化效應(yīng)、光膨脹/收縮效應(yīng)、光固化效應(yīng)以及光流體化效應(yīng)等。
近期的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)偶氮苯基團(tuán)的順?lè)串悩?gòu)轉(zhuǎn)變能實(shí)現(xiàn)小分子化合物的固液轉(zhuǎn)變。例如，Hoshino等人發(fā)現(xiàn)一種偶氮苯小分子可發(fā)生光誘導(dǎo)固液轉(zhuǎn)變（crystal-to-melt transition）（J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 9158-9164）。近日，德國(guó)馬普高分子研究所（Max Planck Institute for Polymer Research, MPIP）吳思（Si Wu）博士團(tuán)隊(duì)成功將這一理念引入高分子體系，通過(guò)在聚丙烯酸類聚合物側(cè)鏈中引入偶氮苯基團(tuán)，設(shè)計(jì)制備了一種新型的含偶氮高分子。通過(guò)紫外光（365 nm）/可見光（530 nm）的交替照射，可逆控制聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（glass transition temperature，Tg），實(shí)現(xiàn)了含偶氮聚合物體系的光控可逆固液態(tài)轉(zhuǎn)變。
研究團(tuán)隊(duì)采用掃描力顯微鏡（SFM）、動(dòng)態(tài)力學(xué)分析（DMA）、差示掃描量熱法（DSC）以及流變學(xué)等表征手段研究表明，當(dāng)聚合物側(cè)鏈中的偶氮苯基團(tuán)基本處于熱力學(xué)穩(wěn)定的反式構(gòu)型時(shí)，其聚合物呈現(xiàn)出的Tg（48-68 ℃）高于室溫，樣品為固體；當(dāng)對(duì)樣品進(jìn)行紫外光照處理后，伴隨著聚合物中偶氮苯基團(tuán)從反式到順式的轉(zhuǎn)變，聚合物Tg顯著降低（-10 ℃左右），在室溫下樣品為液體，呈現(xiàn)出較好的流動(dòng)性；通過(guò)可見光的照射，聚合物的Tg又能重新恢復(fù)到初始水平，樣品由液態(tài)轉(zhuǎn)變回固態(tài)。
這種新型的光響應(yīng)含偶氮高分子，通過(guò)紫外光/可見光的照射，可逆控制聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，實(shí)現(xiàn)了含偶氮聚合物體系的光控可逆固液態(tài)轉(zhuǎn)變。這一策略可以用于開發(fā)自愈合聚合物，從而延長(zhǎng)高分子材料的使用壽命，并有可能簡(jiǎn)化高分子材料的回收再利用。同時(shí)，還可以在高分子材料加工過(guò)程中，引入清潔、安全、低能耗的光控加工代替目前常用的加熱熔融或者有機(jī)溶劑溶解工藝，減少能耗，避免污染，降低成本。
