Nature Communications: 利用上转换粒子辅助近红外光聚合技术实现微米尺度上的微区梯度光聚合

近红外光聚合技术的发展为聚合物材料的制备赋予了新的生命。自2015年以来，课题组一直致力于上转换粒子辅助近红外光聚合技术的研究，并于近日首次揭开了上转换粒子辅助近红外光固化机制的神秘面纱。这项工作以“Upconversion particle-assisted NIR polymerization enables microdomain gradient photopolymerization at inter-particulate length scale”为题发表在Nature Communications上。

传统光固化技术使用的紫外光源穿透能力有限，限制了其在复杂感光材料体系中的应用。近年来，新发展的上转换粒子辅助近红外光聚合（UCAP）技术使用高穿透性的近红外光来实现感光材料的固化，有效解决了有色材料和复合材料难以光固化的问题。目前，关于UCAP光固化过程的研究仍停留在宏观的表征手段上，因此只能简单的通过改变固化条件（如光强，上转换粒子浓度）来调节固化材料的表观性质，固化材料性能的优化过程往往需要大量的试错性实验。使得UCAP固化材料的性能优化过程往往依赖大量的试错性实验。若能探明其内在的固化机制，将会为高效UCAP体系的开发和材料性能调控提供有力的理论指导，从而减少试错成本，推动UCAP技术的快速发展与应用领域的拓展。

基于此，本研究团队通过结合微观表征手段和实时光动力学监测技术，探明了UCAP的固化机制及其对材料性能的影响。通过在极稀UCPs浓度的单体基质中进行聚合反应，观察以UCPs为中心的聚合微区形成过程，并使用共聚焦显微拉曼技术原位检测聚合微区内的双键转化率分布情况，从而在微米尺度上揭示了UCAP的固化机制。该机制可有效推迟聚合体系凝胶点，提高凝胶点的双键转化率，最高可达66%，远大于紫外固化体系的5%。并且可大幅降低固化材料的收缩应力和提高材料的力学性能，在制备高性能聚合物材料领域具有潜在的应用价值

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-023-39440-2

DOI：

10.1038/s41467-023-39440-2