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  生命體能感知多種刺激（如光、聲、熱），其感知能力通常不會被不同的刺激所干擾，并能做出正確的響應。然而，將多種刺激響應基元集成到人造材料中時，多種刺激響應之間經常會相互干擾，造成人造材料無法正常工作。因此，開發具有互不干擾的正交刺激響應的智能材料具有挑戰性。受到半互穿高分子網絡的啟發，中科大吳思教授團隊提出了有機/無機半互穿網絡的概念，設計了由有機分子和無機納米粒子形成的半互穿網絡，構建了對光和磁正交響應的光子材料。這項工作為響應性、可重構、可再加工和防偽材料的設計提供了新策略。該成果以Organic?inorganic semi-interpenetrating networks with orthogonal light- and magnetic-responsiveness for smart photonic gels為題目發表在Nature Communications上。吳思教授是該論文的唯一通訊作者，中科大博士生王明皓為第一作者，中科大為第一單位。

圖 1 正交光響應和磁響應復合凝膠的示意圖。a 光響應有機膠凝劑 (Azo-Ch) 的順反光異構化的化學結構。 b在溶劑中共組裝 Azo-Ch 和超順磁性 Fe₃O₄@SiO₂ 納米粒子制備的復合凝膠。c 順式 Azo-Ch 溶膠中的 Fe₃O₄@SiO₂ 納米粒子。 d Azo-Ch 纖維和 Fe₃O₄@SiO₂ 納米鏈的半互穿網絡。 納米鏈形成了光子晶體結構，顯示結構色。e 順式 Azo-Ch 溶膠中的 Fe₃O₄@SiO₂ 納米鏈。Copyright © 2023, The Author(s).   

  首先，作者合成了膠凝因子Azo-Ch，并對其進行了SEM表征（圖2a，b）。凝膠狀態下，Azo-Ch形成了網絡結構；而溶膠狀態下，網絡結構消失。另外，作者們通過紫外可見吸收光譜證明了該凝膠可以進行多次可逆的凝膠/溶膠轉變。SAXS表明凝膠纖維是由Azo-Ch分子堆積而成（圖2e）。 

圖 2 Azo-Ch 的光異構和光誘導的可逆凝膠/溶膠轉變。（a, b） Azo-Ch 凝膠和溶膠的 SEM 圖像。（c）Azo-Ch 凝膠在照射前、紫外光照和可見光照后的吸收光譜。（d）Azo-Ch凝膠在紫外光和可見光交替照射9個循環下的吸收變化。（e）Azo-Ch 凝膠在照射前、紫外光照后和可見光照后的 SAXS 圖。Copyright © 2023, The Author(s).

圖 3 超順磁性 Fe₃O₄@SiO₂ 納米粒子的表征。（a, b）Fe₃O₄@SiO₂ 納米粒子的 SEM 和 TEM 照片。（c）Fe₃O₄@SiO₂ 納米粒子的磁滯回線。(d-f )Fe₃O₄@SiO₂納米粒子在不同時間段隨磁場變化的暗場光學顯微鏡圖像。(g )Fe₃O₄@SiO₂ 納米粒子的產生的光子晶體的照片。（h）Fe₃O₄@SiO₂ 納米粒子分散液在不同強度磁場下的反射光譜。Copyright © 2023, The Author(s).

  隨后，作者通過Azo-Ch 和 Fe₃O₄@SiO₂ 納米粒子共組裝的方法制備了有機/無機復合凝膠。 SEM 圖像顯示 Fe₃O₄@SiO₂ 納米粒子位于 Azo-Ch 纖維網絡的空隙中（圖 4a）。無論有無磁場，復合凝膠都顯示出光誘導的可逆凝膠/溶膠轉變。在凝膠或溶膠狀態下，磁場能誘導可逆的納米粒子到納米鏈的轉變（圖 4a-d）。

圖 4 Azo-Ch 和 Fe₃O₄@SiO₂ 納米粒子共組裝的凝膠具有正交的光和磁響應性。 （a-d）SEM照片。光引起可逆凝膠/溶膠轉變； 磁場誘導納米鏈的可逆形成。 （e-g）復合凝膠和溶膠在不同強度磁場下的反射光譜和 CIE-1931 色度圖。Copyright © 2023, The Author(s).

  作者展望傳統的（半）互穿網絡中的高分子可以被各種無機、有機和復合材料所取代，從而賦予（半）互穿網絡新的特性和功能。

  該工作得到了國家自然科學基金重點國際（地區）合作研究項目（52120105004）、國家自然科學基金面上項目（52073268）、中央高校基本科研業務費專項資金(WK3450000006和 WK2060190102)、合肥市自然科學基金（2021013）、安徽省自然科學基金（1908085MB38）等項目的資助。

  論文全文鏈接：

  https://www.nature.com/articles/s41467-023-36706-7.pdf

  https://www.nature.com/articles/s41467-023-36706-7

  https://doi.org/10.1038/s41467-023-36706-7