Nature子刊：新型聚合物仅在光照下便会发生永久的相转变

通过使用光线来控制材料的相转变，研究人员可以轻易地在一种材料中控制其固相和液相的分布状态。图中光掩模的尺寸为2.5×2.5厘米。图片来源：《Nature Communications》

近日，研究人员开发出一种新材料，当其处于室温并且暴露在光照下时，便可以永久地从固态变为液态，反之亦然，而且即使去除光照后，材料也能保持在新的状态。研究人员还证明，这种特性使得我们可以在固体材料中绘制液体图案，或者在液体材料中进行固体设计，从而制作出部分为固态，部分为液态的稳定材料。除此之外，这种新材料在3D打印、材料成型和回收利用方面都表现出较大的应用潜力。

在最近一期的《自然通讯》杂志上，由Brady Worrell，Christopher Bowman和科罗拉多大学博尔德分校的研究人员，也是该论文的共同作者，发表了一篇关于光控材料的文章。

正如我们在日常生活中所看到的那样，传统材料由于温度或压力的变化会发生一系列的相变。例如，固体冰可以通过加热或增加压力而转化成液态水（因为较高的压力会降低冰的熔点，导致冰在零摄氏度以下便会熔化）。

然而，某些聚合物却永远呈固体状态，即使在温度或压力发生极端变化时，它们也不会变成液体，而这些被称为共价交联聚合物的材料，却可以在受到光或热等外部刺激下，从固态转变成液态，以此来对材料进行改性。但是，这只是一个暂时的变化，因为一旦刺激被去除，聚合物便会恢复到其原始形态。

在这项新的研究中，研究人员制备出了两种新的聚合物，一种用来进行固态到液态转换的研究，而另一种用来进行液态到固态转变的研究。研究发现，该聚合物是唯一一种能够响应温度或压力之外的刺激而产生永久相变的材料。

当用365nm波长的紫外线照射约5分钟时，这两种聚合物都发生了相变。然而，光照对这两种材料的影响却是不同的。液体聚合物最初含有一种能够促进应力松弛的物质，其会使聚合物像液体一样流动起来，但固体聚合物中却不含有这种物质。当固体聚合物暴露于光下时，会促进应力松弛反应的进行，并将固体转化为液体。另一方面，当液体聚合物暴露于光下时，会抑制应力松弛反应的进行，并将液体聚合物转化成固体。

利用光照来控制相变，可以对这些相变进行精确的控制，使得研究人员能够在单一材料中控制固态和液态的分布。为了证明这一点，研究人员使用纳米压印光刻技术设计了一种水牛形状的光掩模（水牛为科罗拉多大学博尔德分校的吉祥物）。通过使用两种不同波长的光，它们可以在固体背景上画出一头液态水牛，抑或是在液体背景上画出一头固态水牛。尽管图案是由液体和固体组成，但实验证明该材料具有很好的稳定性，液体和固体部分能够保持永久分离。

研究人员表示，这种材料有效弥补了低温下热塑性聚合物和热固性聚合物之间的空白，在未来，这一特性将为聚合物在各新领域中的应用打开大门。

原文来自：PHYS.ORG，原文题目：New materials undergo solid-liquid phase transitions at room temperature，由材料科技在线团队翻译整理。