前沿 | 华南师范周国富团队可穿戴式刺激响应性液晶光子传感器研究获进展
近日，华南师范大学先进光电子研究院周国富教授团队Laurens T.de Haan研究员在可穿戴式刺激响应性液晶光子传感器研究方面取得重要进展，相关研究成果发表于国际权威期刊《Advanced Functional Materials》(SCI影响因子：18.808)上，题为“Wearable Optical Sensing of Strain and Humidity: a Patterned Dual-responsive Semi-Interpenetrating Network of a Cholesteric Main-chain Polymer and a Poly(ampholyte)”。课题组硕士研究生石秀仪为论文的第一作者，Laurens T.de Haan研究员为通讯作者，周国富教授及王耀教授为共同通讯作者，我校为第一完成单位。
随着科学技术的发展，探索多重刺激响应性的光子传感器，在现有的体系中引入新的刺激响应性功能或者改善两种聚合物材料的现有性能，实现更复杂的功能，开发更高水平的应用，扩宽它们在实际应用的范围，是该研究领域的一个重要趋势。由于主链胆甾型液晶聚合物具有光选择性反射和弹性性质，在响应性光子器件研究中具有很大优势，然而由于缺乏介晶侧基，难以在此类材料中引入新的响应性。
本工作提出了一种制备双响应光子传感器的新策略，即将主链胆甾型弹性体和感湿性聚（两性电解质）相互渗透以组成半互穿网络，不仅保留了主链聚合物的弹性和刺激响应性，还获得了第二聚合物的响应性。在可见光范围内，该薄膜在机械应变和水响应下显示非常高的灵敏性、可逆性和稳定性；在接触水时，由于聚（两性电解质）吸水膨胀，弹性体中螺距增大反射颜色发生红移；而当施加应变时，由于薄膜径向收缩，螺距减小反射颜色发生蓝移；此外，通过在不同温度下进行局部光聚合可以制备特定色彩鲜艳的响应图像，并展示了其在人体汗液监测和运动监测中的应用。该技术方法可以进一步扩展到主链液晶聚合物与其它响应聚合物的结合，为开发多重刺激响应智能材料提供了新思路。
总之，本研究提出了一个光子传感器，对机械应变和水具有动态颜色调谐响应。这些传感器是由一个主链CLCE和一个亲水性聚(两性电解质)网络的连续聚合产生的SIPN产生的，后者是一个正负电荷附着在聚合物链上的聚合物。利用CLCE的力致变色特性和聚两性电解质网络的吸水/解吸能力，薄膜不仅能在拉伸和释放时产生颜色变化，而且还能在随水膨胀而产生体积变化时产生颜色变化。颜色可以在两步固化过程中形成图案，以获得色彩鲜艳的响应图像与良好的对比度。这些有图案的传感器可以直接作为可穿戴设备使用，可以轻松地附着在手腕、手臂等部位，成功地结合了汗液检测、运动检测、身体装饰等功能。
本研究工作得到了国家重点研发计划、广东省光信息材料与技术重点实验室、长江学者奖励计划、广州市科技计划和“111计划”等项目的支持。