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Mechanical Actuation and Patterning of Rewritable Crystalline Monomer−Polymer Heterostructures via Topochemical Polymerization in a Dual-Responsive Photochromic Organic Material
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2020-03-25 , DOI: 10.1021/acsami.9b23189 Ranita Samanta 1 , Daichi Kitagawa 2 , Amit Mondal 1 , Manjima Bhattacharya 1 , Mari Annadhasan 3 , Saikat Mondal 1 , Rajadurai Chandrasekar 3 , Seiya Kobatake 2 , C. Malla Reddy 1
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2020-03-25 , DOI: 10.1021/acsami.9b23189 Ranita Samanta 1 , Daichi Kitagawa 2 , Amit Mondal 1 , Manjima Bhattacharya 1 , Mari Annadhasan 3 , Saikat Mondal 1 , Rajadurai Chandrasekar 3 , Seiya Kobatake 2 , C. Malla Reddy 1
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The dark-orange monomer single crystals of 1,1′-dioxo-1H-2,2′-biindene-3,3′-diyldidodecanoate (BIT-dodeca2) convert to a transparent single-crystalline polymer (PBIT-dodeca2) material via a single-crystal-to-single-crystal (SCSC) polymerization reaction under sunlight, which then undergoes reverse thermal transformation into BIT-dodeca2 single crystals, leading to reversible photo-/thermochromism, coupled with mechanical actuation. We exploit the properties of this unique material to demonstrate the formation of monomer–polymer heterostructures in selected regions of single crystals with micrometer-scale precision using a laser. This is the first example of heterostructure patterning involving monomer–polymer domains in single crystals. We reveal that the speed of photomechanical bending induced by the polymerization reaction in this example is comparable to those of the well-known diarylethene derivatives, in which electrocyclic ring-closing–ring-opening reactions operate. Furthermore, we characterize the distinct mechanical properties of the monomer and polymer using a quantitative nanoindentation technique as well as demonstrate photopatterning on a monomer-coated paper for potential use in security devices. These crystals with several advantages, such as photomechanical bending (weight lifting) even when the crystal size is large, responsiveness to both UV and visible light, distinct solubilities (the polymer is insoluble, whereas the monomer is soluble in most organic solvents) and colors, provide unique opportunities for their use at different length scales of the sample (μm to mm) for various purposes.
中文翻译：
在双响应光致变色有机材料中通过拓扑化学聚合对可重写晶体单体-聚合物异质结构进行机械驱动和图案化。
1,1'- dioxo -1 H -2,2'-biindene-3,3'-diyldidodecanoate（BIT-dodeca 2）的深橙色单体单晶转化为透明的单晶聚合物（PBIT-dodeca 2）材料通过在阳光下的单晶至单晶（SCSC）聚合反应，然后经历反向热转化为BIT-dodeca 2单晶，导致可逆的光/热致变色，以及机械驱动。我们利用这种独特材料的特性，以激光在微米级精度下证明了单晶选定区域中单体-聚合物异质结构的形成。这是涉及单晶中单体-聚合物域的异质结构图案化的第一个示例。我们发现，在该示例中，由聚合反应引起的光机械弯曲速度与众所周知的二芳基乙烯衍生物的速度相当，后者在其中进行电环开环-开环反应。此外，我们使用定量纳米压痕技术表征了单体和聚合物的独特机械性能，并演示了在单体涂布纸上进行光致图案化的潜在可能在安全装置中的应用。这些晶体具有多个优点，例如即使晶体尺寸较大也可以进行光机械弯曲（举重），对紫外线和可见光均具有响应性，独特的溶解度（聚合物不溶，而单体可溶于大多数有机溶剂）和颜色，提供了独特的机会，可将其用于不同长度的样品（微米至毫米），以用于各种目的。
更新日期：2020-03-26
中文翻译：
在双响应光致变色有机材料中通过拓扑化学聚合对可重写晶体单体-聚合物异质结构进行机械驱动和图案化。
1,1'- dioxo -1 H -2,2'-biindene-3,3'-diyldidodecanoate（BIT-dodeca 2）的深橙色单体单晶转化为透明的单晶聚合物（PBIT-dodeca 2）材料通过在阳光下的单晶至单晶（SCSC）聚合反应，然后经历反向热转化为BIT-dodeca 2单晶，导致可逆的光/热致变色，以及机械驱动。我们利用这种独特材料的特性，以激光在微米级精度下证明了单晶选定区域中单体-聚合物异质结构的形成。这是涉及单晶中单体-聚合物域的异质结构图案化的第一个示例。我们发现，在该示例中，由聚合反应引起的光机械弯曲速度与众所周知的二芳基乙烯衍生物的速度相当，后者在其中进行电环开环-开环反应。此外，我们使用定量纳米压痕技术表征了单体和聚合物的独特机械性能，并演示了在单体涂布纸上进行光致图案化的潜在可能在安全装置中的应用。这些晶体具有多个优点，例如即使晶体尺寸较大也可以进行光机械弯曲（举重），对紫外线和可见光均具有响应性，独特的溶解度（聚合物不溶，而单体可溶于大多数有机溶剂）和颜色，提供了独特的机会，可将其用于不同长度的样品（微米至毫米），以用于各种目的。
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