浙江
基于光固化材料在紫外光照下液-固转变刚性增强的特性，本研究提出将磷光体引入光固化材料的策略，将纯有机室温磷光（RTP）分子替代传统光引发剂，直接引入到光固化材料中，成功制备了具有实时磷光信号可视化监测的三种新型光固化材料。基于该策略，所获得的光固化材料实现了蓝、绿、橙全色显示的RTP发射，同时通过磷光性能改变记录实时固化速度、内部环境及转化率。此外，这些固化材料成功实现了4D打印和形状记忆过程，在制备的二维材料和三维材料中均展现出连续的动态形变与生动的RTP发光。值得注意的是，通过对实时磷光的进一步调控，可在4D打印材料中实现显著的行为可视化效果。
近日，华东理工大学田禾院士、马骧教授团队在Nature Communications期刊发表题为“Visualization of photocuring and 4D printing with real-time phosphorescence”的研究论文，顾凡博士、博士生季梦醒为论文共同第一作者，马骧教授为论文通讯作者。该工作将三种有机磷光分子（硫代色满-4-酮（TCO）、2-溴-5-乙氧基苯甲醛（BrEB）、2,6-二溴萘-1,4,5,8-四羧酸二酐（DTD））作为夺氢型光引发剂引入到光固化体系，在紫外光（365 nm）照射下与三乙胺进行双分子作用产生氨烷基自由基，进而引发双键进行自由基聚合（图1），随着光照时间的增加固化程度不断增强，实现了不断增强的蓝、绿、橙三色RTP发射，在固化过程中磷光特性的变化揭示了对不同固化状态（固化速度、内部环境和聚合程度）的实时监控（图2）。获得的三种新型光固化材料不仅能够实现固化过程的可视化，同时具备了良好的力学性能（图3）。此外，实时变化的RTP发射首次实现了对4D打印和形状记忆过程的显著可视化，通过控制紫外光的照射时间，获得的2D花朵的光固化程度不同，随着光固化程度的提高，磷光强度逐渐增强，花瓣能够打开的角度逐渐降低，在溶剂作用下呈现打开到闭合的4D过程，且该4D打印过程可以进行多个可逆的循环过程（图4）。为了扩展磷光在4D打印材料的应用场景，该工作通过对固化时间的调控和磷光体的合理安排，实现了根据RTP性能的视觉差异准确预测2D材料（制作的花型薄膜）和3D材料（太空人和熊猫）的实际运动（图5）。
图1 光固化体系介绍及光引发机理示意图。
图2 不同光固化程度下的磷光变化及视觉监测。
图3 新型光固化材料的力学性能检测。
图4 花朵图案的4D打印过程示意图。
图5 通过磷光调节实现对4D打印的可视化。
总结
该工作将三种磷光体引入光固化树脂体系中，不仅实现了作为光引发剂的双键自由基聚合，制备了具有实时磷光监测性能的三种新型光固化材料，同时对光固化过程中的固化速度、固化程度以及聚合物内环境的改变进行了可视化监测。此外，磷光对具有便捷加工性能的4D打印材料的行为监测也取得了良好的效果，展现了其在光固化和4D打印领域的潜在应用价值。
Fan Gu#, Mengxing Ji#, Lisha Zhang, Tengjiao Zhao, Ruiqing Zhang, Xia Lv, He Tian, Xiang Ma*. Visualization of photocuring and 4D printing with real-time phosphorescence. Nature Commun.,2025, 16, 4173.
https://www.nature.com/articles/s41467-025-59502-x
来源：高分子科学前沿
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