近紅外光由于其在太陽光中占比高,同時對生物組織具有強穿透能力,因此在能源、醫療等領域都具有重要的應用價值。但是由于該波段光子能量較低,近紅外光的利用一直是一個難題,傳統的光能利用途徑如光電效應、光化學反應等,在該波段效率都不高。相比之下,光熱轉換在近紅外光的利用上更具優勢,利用效率更高:對于能夠吸收近紅外光的窄帶隙的材料而言,非輻射躍遷速度更快,量子產率一般更高,光能更容易轉換成熱能。因此,發展近紅外光光熱轉換體系具有重要價值。
圍繞聚合物近紅外光熱轉換,中國人民大學王亞培教授課題組近些年發展了一系列相關體系,相關工作發表在《高分子學報》2019年第2期的專論欄目(特約專論)。該課題組將光熱轉換與一些聚合物體系有機地結合起來,成功將近紅外光拓展到一些熱敏體系,從而極大地豐富了近紅外光在醫療健康、柔性電子、能源環境等領域的應用。
圖1 近紅外光在太陽光中的占比(a)及在生物組織中的穿透性(b)
該專論對該課題組發展的聚合物近紅外光熱轉換在遠程調控聚合物相變、近紅外光傳感、可植入電子器件遠程供電等領域上的具體應用進行了詳細介紹:通過將光熱基元與聚合物材料相結合的方法,解決現有聚合物退火過程中操控性較差的問題;提出光退火的概念,并將其實際應用于對聚合物粒子在形狀、體積和表面形貌三個維度上的遠程調控;將具有光熱轉換能力的聚合物粒子與熱敏流體相結合,制備柔性、自修復、高靈敏度的近紅外光傳感器,并可以與現有的噴墨打印技術相結合,便于批量化生產;分子內多重氫鍵和Donor-Acceptor結構的共軛聚合物骨架設計,成功地實現聚合物在近紅外二區的光熱轉換,同時通過能量耦合設計,提出了可植入電子器件遠程供電的新思路。
除了介紹課題組已有工作,該專論還對光熱轉換領域進行了展望,對未來深入研究光熱分子構效關系進行了設想,期望在不斷拓展應用的同時加深對其中規律的認識。
鏈接地址:http://www.gfzxb.org/fileGFZXB/journal/article/gfzxb/newcreate/gfzxb20180236wangyapei.pdf
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