许建雄教授课题组《Materials Chemistry Frontiers》：高强度、可自愈的刺激响应荧光的琼脂/碳点交联聚丙烯酰胺双网络水凝胶用于智能防伪
从防伪技术的发展趋势看，将荧光材料与具有韧性、自愈合何刺激响应性聚合物材料复合，制备出多重响应性防伪材料更符合其智能化的发展趋势。为此，在线体育投注beat365许建雄课题组提出了一种基于低成本且生物相容的荧光双网络（DN）水凝胶的防伪手段。该荧光水凝胶（琼脂/聚丙酰胺-聚合物碳点（pAM-PCD）双网络凝胶）由具有热可逆溶胶-凝胶转变特性的琼脂作为第一物理网络，以及可聚合碳点（PCD）交联的聚丙烯酰胺（pAM）作为第二化学网络组成。相关成果“Agar/carbon dot crosslinked polyacrylamide double-network hydrogels with robustness, self-healing, and stimulus-response fluorescence for smart anti-counterfeiting”于 2021年10月发表在《Materials Chemistry Frontiers》期刊上。论文通讯作者是许建雄教授，第一作者是博士生谢少文。
图1. 高强度、可自愈的琼脂/聚丙酰胺-聚合物碳点荧光双网络凝胶的制备流程示意图
由于热可逆溶胶-凝胶转变特性、相互贯穿的物理/化学交联双网络结构以及 PCD 的独特荧光特性，所制备的琼脂 /pAM-PCD 双网络凝胶同时呈现出优异的机械性能（1.56 MPa 的拉伸应力、1400% 的拉伸应变和 3420 J/m⟡的撕裂能）、快速的恢复能力（在 95℃下 30 分钟内刚度/韧性恢复率分别为 56.7%/63.3%）、良好的自愈合性能（在 95℃下静置 12 小时后自愈合韧性/应变分别为 0.54 MPa/580%），以及光和 Fe3+响应发光。
图2. 不同含量聚合物碳量子点交联剂制备的双网络水凝胶拉伸性能比较（A）掺杂蓝色荧光聚合物碳量子点（PCD-B），（B）掺杂绿色荧光聚合物碳量子点（PCD-G）
该琼脂/pAM-PCD 双网络水凝胶可进一步构建具有坚固性、抗拉伸性和自愈合能力的荧光图案，以实现智能防伪。图3 A展示了基于琼脂/聚丙酰胺-聚合物碳点（pAM-PCD）双网络水凝胶的智能防伪标签的制作过程。如图所示，首先通过 PCD-G1.0 凝胶制备出“HUT”的绿色荧光图案，然后将绿色荧光图案浇铸到 PCD-B1.0 凝胶膜中。因此，制备出了带有“HUT”绿色发光图案的蓝色发光膜。之后，将带有预先设计的“SCI”图案并浸泡有 Fe3+离子的纤维素纸放在发光膜的表面。在这个过程中，Fe3+自发地扩散到 PCD-B1.0 凝胶膜中并发生反应使荧光淬灭。将纸揭下后，带有混合蓝色和绿色发光的“SCI”图案被印在了 PCD-G1.0 凝胶膜上。为了研究 PCD-B1.0 凝胶膜的自愈合性能，将带有印刷图案的凝胶膜切成三块矩形的 PCD-B1.0 凝胶。然后，将这三块分离的凝胶物理地放在一起并进行自愈合。信息解密过程和自愈合测试如图3B所示。如图所示，在日光下，PCD-B1.0凝胶膜呈淡黄色，没有任何图案，而在 365 nm紫外灯下，可以看到蓝色膜中的清晰绿色“HUT”图案。在离子印刷后，在日光下 PCD-B1.0 凝胶膜没有任何变化。有趣的是，在 PCD-B1.0 凝胶膜上出现了带有混合蓝色和绿色发光的“SCI”图案，而不是原来的“HUT”图案。此外，将 PCD-B1.0 凝胶膜切成三块矩形凝胶，并在 95℃下物理地将它们放在一起12h后，三块矩形凝胶可以自愈合在一起，形成一块具有原始发光的PCD-B1.0凝胶膜。利用优异机械性能、自愈合能力以及对光和 Fe3+响应的琼脂/pAM-PCD凝胶在防伪应用中具有巨大潜力。
该工作得到了国家自然科学基金项目，湖南省自然科学基金项目，湖南省教育厅科学研究项目等基金的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1039/d1qm00338k
