文章重要内容
传统的发光共轭聚合物，因其刚性在遭受形变或是断裂，导致光电性能衰减甚至消失。为了解决这一缺陷，作者通过柔性氢键链段修饰刚性共轭聚合物骨架，赋予发光共轭聚合物良好的机械拉伸性和自愈合性能，同时兼具发光共轭聚合物固有的优良光物理性质。成功研制出高性能可拉伸自愈合发光弹性体，其机械拉伸长度接近900%，常温下自愈效率达到70%，且荧光量子效率超过60%。该弹性体在经历400%的拉伸形变并回复后，不仅机械性能能够恢复，光物理性质也恢复如初。利用该弹性体，制备了多功能光电器件。
文章背景
共轭聚合物发光材料具有易剪裁、易加工、颜色可调节等优势，在有机电致发光二极管、激光器、荧光传感器和生物成像等方面有广泛的应用。提高共轭聚合物发光材料的机械拉伸性以及自愈性是重要发展方向，可以使其在形变或者机械损伤恢复后，仍然保持较好的光电性能，在拉伸电子领域具有重要应用潜力。提高共轭聚合物材料机械拉伸性的设计方法主要有两种策略：将发光组分掺杂在弹性基质中来制造纳米复合材料以及本征可拉伸自愈合的有机发光弹性体。然而，纳米复合的弹性材料其光电性能在大形变下极不稳定。因此设计合成本征可拉伸自愈合发光弹性体，具有重要意义。
文章概述
南京邮电大学赖文勇教授团队通过氢键侧链修饰共轭聚合物骨架调控其力学性能，平衡机械拉伸性能和自愈合性能，以及光物理性质，制备了一系列具有优异机械拉伸性能、自愈合性能以及光物理性质的发光弹性体。通过对氢键链浓度的调控，在共轭聚合物单元为0.1 wt%时，实现超高拉伸伸长率（900%），常温自愈合（70%）及高荧光量子效率（60%）的共轭聚合物发光弹性体的制备。
图1 共轭聚合物骨架的可拉伸自愈合发光弹性体模型
作者研究了该弹性材料体系氢键浓度对机械拉伸性能和自愈合能力的影响。研究表明更多的氢键会带来更高的机械拉伸长度及更高效自愈效率。随着氢键浓度增加，拉伸伸长率从320%增加到915%；常温自愈合效率从40%增加到74%。研究了该类发光弹性体在拉伸状态（拉伸伸长率：0%、50%、100%、200%和400%）以及回复后的光物理性质变化。其发光强度衰减相对较少，在拉伸至200%时，发光强度为初始发光强度的70%以上。该弹性体在拉伸400%后，去除拉伸应力后会回复原态，其发光强度与原样的发光强度几乎相同。这种结果可归结于其自身优异的回弹性，在形变回复后，共轭的发光相并没有被破坏，回复到初始的排列，从而带来光物理性质的回复。作者认为在拉伸初期（0%~200%）随着应变逐渐增大，其交联网络变得更紧密。这使得共轭发光单元堆积更紧密，从而发光强度降低。在超过200%的拉伸应变时，网络间距的变化幅度较小，因此发光强度变化不大。总之，弹性体在大形变回复后，可以恢复初始的光物理性质，展现出重要的应用潜力。
图2 (a) 一系列弹性体完全愈合后的应力-应变曲线(b) E2在不同拉伸状态下及回复后的荧光光谱
文章总结
作者提出了一种基于共轭聚合物骨架的自愈合发光弹性体的设计思路和制备方法。通过氢键软链调控共轭聚合物的机械拉伸性能、自愈合性能，同时保持固有的光物理特性。所得的发光弹性体展现出优异的机械拉伸性能、回弹性。自愈性以及高达66%的发光量子效率。重要的是，该弹性体在经受大形变回复后，其发光强度几乎完全恢复。基于这些优势，使用其作为支撑层制备了柔性可弯折的自愈合导体和自愈合的压电传感器件。该工作提供基于共轭聚合物骨架的可拉伸自愈合发光材料的设计制备的范例，为开发新一代可穿戴柔性电子产品提供了新的途径，在柔性可拉伸自愈合有机发光二极管、有机场效应晶体管和有机激光等具有广阔的应用前景。
上述工作以论文形式即将在《高分子学报》2024年“柔性/可拉伸电子：聚合物材料及器件”专辑印刷出版，通讯作者是南京邮电大学赖文勇教授。
引用本文：
万一, 李祥春, 薛倩, 赖文勇.氢键侧链修饰共轭聚合物骨架的自愈合发光弹性体的设计合成与性能研究.高分子学报, doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24011Wan, Y.; Li, X. C.; Xue, Q.; Lai, W. Y.Design, synthesis and properties of self-healing luminescent elastomers with hydrogen-bonded side-chain-modified conjugated polymer backbones. Acta Polymerica Sinica, doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24011
原文链接：
http://www.gfzxb.org/thesisDetails#10.11777/j.issn1000-3304.2024.24011&lang=zh
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