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  在未來，智能材料的功能切換或許將不再只是被動服從人類意志，而是可以根據(jù)環(huán)境“自我思考、自我判斷”表現(xiàn)為何種功能狀態(tài)。

  最近，電子科技大學光電科學與工程學院王東升教授和鄭永豪教授團隊，在綜述期刊Chemical Society Reviews發(fā)表了題為《Developing intelligent control of photoresponsive materials: from switch-type to multi-mode》的指南性綜述（Tutorial Review）。第一作者為博士研究生朱高璐，通訊作者為王東升副教授與鄭永豪教授。該綜述系統(tǒng)性總結(jié)了光敏材料從傳統(tǒng)“開關(guān)式”控制邏輯向“多模式”智能響應(yīng)演化的研究進展。并且提出光敏材料能夠根據(jù)光照環(huán)境進行自適應(yīng)切換的觀點，相比基于主動控制的多功能光響應(yīng)材料更為智能。

圖1 光敏材料從傳統(tǒng)的“開關(guān)式”控制邏輯發(fā)展到“多模式”控制邏輯

一、光敏材料的基本響應(yīng)類型

  作者首先回顧了“開關(guān)式”控制邏輯的光敏材料的基礎(chǔ)原理，這些響應(yīng)可通過典型的光敏分子（如azobenzene、spiropyran、diarylethene，donor–acceptor Stenhouse adduct）來實現(xiàn)，是構(gòu)建光敏材料的核心部分。通過光誘導(dǎo)的分子構(gòu)象變化，引發(fā)分子特征的顯著變化，包括幾何（大小、平面度）、共軛結(jié)構(gòu)和極性（偶極矩）。因此，光敏材料的光學（變色、熒光、透射率）、電學（導(dǎo)電性）、化學（催化位點、親疏水性）、機械（硬度、粘度）和形貌（彎曲、扭轉(zhuǎn)、膨脹）等關(guān)鍵性質(zhì)可以在光的控制下進行“on/off”切換，表現(xiàn)為“開關(guān)式”控制邏輯。

二、從“開關(guān)式”走向“多模式”控制邏輯

  在日常生活中，開關(guān)被廣泛用于控制兩種邏輯相反的狀態(tài)之間的家用電器功能，如燈的打開和關(guān)閉。隨著人類社會的發(fā)展，對設(shè)備的控制要求更加智能化和精準化：（1）智能控制，設(shè)備和設(shè)備可以在多種工作模式之間選擇性切換，實現(xiàn)復(fù)雜的功能（如洗衣機、相機的模式轉(zhuǎn)盤）；（2）為了精確控制，器件和設(shè)備的工作狀態(tài)可以在兩種狀態(tài)（如電風扇轉(zhuǎn)速、燈光亮度）之間連續(xù)調(diào)節(jié)。電氣設(shè)備的智能控制一般是基于多個基本邏輯控制器的集成和編程來實現(xiàn)的；另一方面，精確控制是通過改變輸入電流來實現(xiàn)的。家用電器中智能和精確控制的成功啟發(fā)了光敏材料控制邏輯的發(fā)展，從“開關(guān)式”走向“多模式”控制邏輯。

  作者將當前主流的多模式控制實現(xiàn)路徑歸納為兩大類：(1)在多個（n>2）光穩(wěn)態(tài)狀態(tài)之間切換，也稱為多穩(wěn)態(tài)控制（Multi-stable control）；(2)在多個非平衡狀態(tài)之間切換，也稱為多階段控制（Multi-stage control）。

圖2 光敏材料的“多穩(wěn)態(tài)”控制思路，分別通過分子機器與正交體系實現(xiàn)

圖3 光敏材料的“多階段”控制思路，分別通過P型與T型光敏分子實現(xiàn)

  光敏材料的光學、電學、化學、力學和形態(tài)性能可以在兩種穩(wěn)定狀態(tài)之間以相反的關(guān)系可控地切換。在許多情況下，“開關(guān)式”光敏材料在生物醫(yī)學（例如藥物輸送，組織工程），電子工程（例如信息存儲）和化學工程（例如納米反應(yīng)器）領(lǐng)域中表現(xiàn)可靠。然而，如何進一步實現(xiàn)光響應(yīng)材料的多模式控制仍然是一個挑戰(zhàn)，引起了研究者的廣泛關(guān)注。

三、未來的挑戰(zhàn)

  在綜述現(xiàn)有研究工作的基礎(chǔ)上，作者分享了自己對于未來挑戰(zhàn)的看法：（1）實現(xiàn)固體光敏材料的“多穩(wěn)態(tài)”與“多階段”控制；（2）在復(fù)雜環(huán)境中對光敏材料功能的精準控制；（3）進一步提升光刺激控制的速率與精度；（4）在長時間光照下維持材料的穩(wěn)定性；（5）發(fā)展自適應(yīng)光敏材料。作者認為，隨著光敏材料從“開關(guān)式”控制邏輯向“多模式”控制邏輯的發(fā)展，其功能切換或許將不再只是被動服從人類意志，而是可以根據(jù)環(huán)境“自我思考、自我判斷”表現(xiàn)為何種功能狀態(tài)。

  該工作得到了國家自然科學基金項目（52203134、62375041、22375029）和四川省科技廳項目（2023ZYD0037、2024YFHZ0307、2024NSFSC0249）資助。

  原文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/cs/d4cs00296b

通訊作者介紹

王東升博士，電子科技大學副教授，校僑聯(lián)副秘書長，德國馬克思普朗克聚合物研究所Partner Project Leader，四川省“天府峨眉”計劃領(lǐng)軍人才。從2008年開始，在光敏分子、材料與器件的基礎(chǔ)及應(yīng)用研究領(lǐng)域開展了一系列工作，圍繞給體-受體斯坦豪斯加合物開發(fā)了新穎功能性光敏材料與器件。以第一/通訊作者在Science Advances（2篇），Chemical Society Reviews， Angewandte Chemie等著名期刊發(fā)表論文50余篇；授權(quán)中國發(fā)明專利20余項；主持國家自然科學基金、裝備預(yù)研教育部聯(lián)合基金等項目；擔任中國感光學會電致變色專業(yè)委員會委員、中國生物材料學會血液凈化材料分會委員、期刊Journal of Macromolecular Science, Part A: Pure and Applied Chemistry編委。