基于光响应动态共价键的智能柔性材料，通过感知外部光照刺激改变自身结构，并将分子水平的光化学反应转化为宏观的热或机械响应，从而实现自愈合与形变等一系列仿生功能。与紫外光相比，可见光具有更低的光损伤性、更优的穿透性以及相对较低的光源成本等优势。当前对可见光驱动的动态共价体系的研究方兴未艾。六芳基联咪唑（HABI）分子开关具有优异的光致变色性能，然而，将其用作光响应动态共价单元的研究甚少。通过在聚合物网络中引入具有可逆可见光响应特性的HABI分子开关单元，不仅构造出了光可塑形的凝胶材料【ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019,11, 23623】以及拥有光致形变能力的光塑性双交联弹性体【Chem. Mater.,2019,31, 5081】，还有望实现弹性体材料的光致断裂和超快自修复。基于HABI分子开关单元构造出的智能高分子材料，在光控触发、仿生驱动、光机械加工以及光致修复等领域具有广阔的应用前景。

近日，华中科技大学武汉光电国家研究中心李冲副教授及其团队通过往线性聚氨酯（PU）高分子体系中引入可见光响应的HABI分子开关结构单元(图1a)，制备出一种集成了可见光诱导断裂与快速愈合功能的光致可逆解聚型弹性体材料HABI-PU，因其优良的可逆性质，可作为再生智能材料循环使用。

在405 nm可见光照射的条件下，HABI结构中动态共价C-N键的可逆断裂（图1b）赋予了HABI-PU弹性体塑性变形（光塑性）的能力。在负载条件下，当光照辐射量足够长或集中某一区域照射时，HABI-PU材料可模拟壁虎遭遇危险时的自断尾现象，发生光致断裂(图1c)。

图1. 线性HABI-PU高分子弹性体的分子开关结构单元、光塑性机理及光致断裂现象：(a)HABI结构中动态共价C-N键的可逆光解和重组，及405 nm激光照射下HABI-PU聚合物材料的光致变色现象；(b)HABI-PU弹性体中聚合物分子链可逆断裂的示意图；(c)405 nm光照并负载时HABI-PU的光致塑性伸长;增加光照辐射量，HABI-PU发生断裂。

由于HABI分子开关单元作为动态连接点被引入到线性聚氨酯分子主链中，光照下，线性聚氨酯主链中HABI动态键的断裂致使高分子长链断裂为低分子量的短链（凝胶渗透色谱实验证实）。光照区域分子链长的暂时降低可有效提升分子的蠕动性，进而促进伤口的快速融合并修复。HABI-PU膜上的划伤在405nm激光照射下仅需30秒便可愈合(图2a)。厚度更大的HABI-PU块体材料（厚2.2mm）切断后光照20s并置于黑暗环境下6h后，其机械性能几乎能完全恢复(图2b~d)。

图2.HABI-PU线性高分子弹性体的快速光诱导愈合。室温及405 nm激光照射下，HABI-PU弹性体(a)表面划伤和(b)割断损伤的光致愈合过程；(c)割断的HABI-PU块体重新拼接后经过不同时间405 nm光照并置于黑暗中6小时后的应力应变曲线；(d)图2C中最大断裂应变和应力恢复程度与光照时间的关系。

该工作的主要创新点是：向线性聚氨酯分子中引入六芳基联咪唑（HABI）分子开关单元，构造了可见光驱动的聚氨酯智能弹性体材料，即兼顾了聚氨酯弹性体的力学性能，又获得了优良的光塑性，实现了弹性体材料快速自修复和独特的光致断裂功能，HABI-PU是一类具有广阔应用前景的智能材料。该研究还提出通过凝胶渗透色谱（GPC）验证分子链的光致断裂现象，为基于HABI类高分子材料的研究提供了重要的实验证据。

以上相关成果发表在Materials Chemistry Frontiers上，项目得到国家自然科学基金、973计划等项目的共同资助。论文作者为向诗力（第一作者）、苏玉煊、赵鹏举、李冲（通讯作者）、朱明强。

论文题目：Visible Light-Induced Scission and Rapid Healing of Polyurethane Elastomers Based on Photoswitchable Hexaarylbiimidazole Units

全文链接：https://doi.org/10.1039/D0QM00857E