逐漸刺激誘導逐級響應智能材料
近日，西北工業大學黃維院士團隊開發了一種具有逐漸刺激誘導逐級響應性能的智能材料，發表題為“Sequential-Stimuli Induced Stepwise-Response of Pyridylpyrenes”的研究論文，刊登在國際知名期刊Advanced Materials上。
傳統的多重刺激響應材料在藥物輸送、資料存儲及加密、人工智能等諸多方面已顯示出巨大的應用潛力。然而，由于它們對每個獨立的刺激源都很敏感，在實際應用中往往會損失響應識别的準确性和多樣性。近日，黃維院士團隊紀雷教授課題組報道了一種全新的基于1，3，6，8-吡啶基取代芘的逐漸刺激誘導的逐級響應材料，該材料體系的響應行為不僅嚴格依賴于刺激源的類型，更關鍵的是與刺激源的施加順序也緊密相關。在該種材料上逐漸施加力和光刺激，它們的熒光顔色會逐級從藍色經曆藍綠色（青色）後變為橙色，其中熒光光譜的紅移跨度最高可達5800 cm-1。這種新材料的成功開發展示了将響應行為的邏輯性、嚴格性與準确性同時內建到一種單一材料平台上的可行性與可能性，其特殊的逐漸刺激誘導的逐級響應行為将極大提升其在實際使用中的便捷性與精密性，進而帶來傳統多刺激響應材料的新氣象。此外，這類材料也可以對機械力、紫外光、揮發性溶劑、熱刺激等刺激源進行單獨監測，展現了其在應用領域的多功能性。研究者還以密度泛函理論（DFT）計算為輔助，對該材料體系的光實體性質和單晶結構進行了詳細研究，闡明了其逐級響應行為的内在機制，并提出這種新型智能響應材料的有效設計政策。相關研究成果以“Sequential-Stimuli Induced Stepwise-Response of Pyridylpyrenes”為題近期發表在國際頂級期刊Advanced Materials上。
圖1 a) 化合物Py-1-Py-3的合成路線; b) Py-1-Py-3的單晶結構
圖2 Py-1-Py-3對不同刺激物的響應熒光光譜及相應的CIE坐标的變化
高精度追蹤及進階加密應用舉例：
在刑偵上，警察通常會使用一些特殊的手段來辨識行兇者的足迹，或者在野外野生動物學家通常會通過觀察動物留下的足迹來判斷該地帶會經常有哪些動物活動。那麼依據印記的外形的簡單觀察隻能視為一種粗略判斷的手段，而該材料可以通多雙重确認進而實作準确監測的目的，圖3a展示了該材料在追蹤生物類别及活動軌迹方面的應用。
圖3 a) 軌迹追蹤示意圖；b) 進階加密多功能分子鍵盤鎖示意圖
研究者還展示了該材料在進階加密多功能分子鍵盤鎖方面的應用(圖3b)，他們以F、L、E作為密碼子進行自由組合得到6組密碼，其中的兩組“FLE及LEF”密碼被認為是有效的“鑰匙”，分别賦予它們以不同的資訊就可以非常便捷地實作多種資訊的同時調控。此外，研究者也給出了它們在“INHIBIT”和“AND”邏輯門方面的應用。與傳統的刺激響應或多功能刺激響應材料相比，上述資訊表明該材料在高精度密碼學和進階邏輯門領域有着十分廣闊的應用前景。
這項工作為開發新一代刺激響應材料打開了一扇大門，為設計具有逐漸刺激逐漸響應特性的分子提供了政策，也為行高精度蹤追蹤材料的開發及多功能進階邏輯門的制備提供了新的思路。
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