阿爾伯塔大學曾宏波教授團隊 ACS Nano: 用于可逆透明光學開關的水凝膠涂層
2025-03-04 來源：高分子科技
在水中膨脹的功能性軟材料常常會出現表面皺褶，這種現象類似于人體皮膚在長時間浸泡后形成的皺紋，通常會導致光學透射率降低。相反，在水下透明而在空氣中不透明的功能材料卻罕有報道，盡管后者在智能窗戶、潛望鏡和信息加密等領域具有更廣闊的應用前景。
圖1 具有可逆透明性的PDMS水凝膠涂層的模型示意圖以及微觀/宏觀形貌
近期，加拿大阿爾伯塔大學曾宏波教授團隊與清華大學田煜教授團隊合作報道了一種具有可逆透明性的水凝膠涂層。該涂層由聚二甲基硅氧烷（PDMS）上的聚丙烯酰胺層組成，展示了在空氣/干態條件下不透明與在水或濕潤條件下高度透明之間的可逆轉變（圖1）。在吸水膨脹后，水凝膠層的透射率從空氣中的7.8%顯著提高到77.1%，并具有優異的重復性（圖2）。這種行為使得其在光學加密/解密和水畫本等應用中成為可能。微觀結構分析表明，光學切換源于水凝膠膨脹時表面粗糙度的降低和折射率的變化。此外，當用作智能窗戶時，水凝膠層有效地將太陽能傳輸減少了36%，在陽光直射下實現了5.09°C的降溫（圖3）；此外，該系統還能夠實現在陰雨天時保存熱量。這項研究工作為光學加密、交互式書寫系統和智能窗戶技術提供了新的發展思路。該工作以“Hydrogel-Coated Polydimethylsiloxane with Reversible Transparency for Advanced Optical Switching”為題發表在《ACS Nano》上。加拿大阿爾伯塔大學曾宏波教授（加拿大皇家科學院和工程院兩院院士）為論文通訊作者，博士后劉宸旭為本文第一作者。
圖2 水凝膠層涂覆PDMS與無涂覆PDMS在空氣或水環境中的光學特性、模擬分析及應用示例
圖3 利用水凝膠層涂覆PDMS作為智能窗戶的實驗裝置測試圖及戶外測試性能結果
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.4c17403
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（責任編輯：xu）
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