一种用于超高灵敏溶剂驱动器的超大、稳定和自支撑有机分子笼膜

    近年来，新型仿生智能膜材料因其在传感器和执行器等方面的独特优势和巨大潜力，受到了很多研究人员的研究。有机分子笼材料的多孔性、可修饰性及其溶液可加工性使其在构建仿生智能膜材料方面具有独特的优势。然而，通过纯有机分子笼制备大面积、高强度、自支撑的膜材料仍是一个难题。 

基于以上问题，近日河北科技大学余旭东教授团队利用有机分子笼与溶剂间的多重超分子作用，通过溶液浇筑方法成功地制备了具有出色机械性能、优异自修复性能的自支撑有机分子笼膜。通过膜厚度及材料中溶剂分子的调控其拉断应力可高达200 MPa以上。经过100万次弯曲测试后，其应力-应变性能几乎未发生变化，并在切割-愈合后其应力恢复了89%。通过有机分子笼与碘甲烷的亲核取代反应，成功地在膜的横截面上构建了具有季铵盐梯度的仿生结构。实验结果表明，梯度季铵盐化赋予了该有机分子笼膜横截面上亲疏水性的梯度变化。因此，可以通过具有不同极性、大小的溶剂蒸汽和湿度来触发梯度膜的双向机械运动。此外，该仿生梯度膜展现出对二氯甲烷和N, N-二甲基甲酰胺的超灵敏动响应。当向甲苯溶液中加入低至0.61 mol%的二氯甲烷时，该致动器会立即弯曲成弧形；而当向甲苯溶液中加入低至0.74 mol%的N, N-二甲基甲酰胺时，该致动器会反方向弯曲。该研究不仅扩大了人们对有机分子笼膜的认识，而且为溶剂致动器的制备提出了新的方法。

相关研究成果以“A super large and robust free-standing organic cage membrane used for ultrasensitive solvent actuator”发表在中科院化学一区Top杂志Sensor Actuat B-Chem上，理学院博士张亚军为第一作者，余旭东教授为通讯作者。

该工作得到了国家自然科学基金面上项目、河北省京津冀基础研究专项、教育厅基础研究重点专项等项目支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.136688