DOI: 10.1016/j.jcis.2021.03.012

聚合物涂层的光控表面特性因其在智能表面开发中的潜在应用而成为一个重要的研究领域。可以通过光照来调节基于螺吡喃光致变色化合物的光响应性聚合物涂层的润湿性。这主要是因为螺吡喃在疏水态和亲水态之间会发生异构化。通过丙烯酸酯单体的半连续乳液共聚合制备了含有螺吡喃结构的光响应型乳胶纳米颗粒，该丙烯酸酯单体具有取决于共聚物组成的不同链柔性。螺吡喃在刺激响应型乳胶纳米颗粒中的光致变色特性除与介质极性有关外，还与光致变色强度及其动力学有关。采用溶液浇铸法和静电纺丝法制备了含螺吡喃的丙烯酸共聚物涂层，研究了其光控表面润湿性。通过溶液浇铸和静电纺丝法制备的光控涂层在物理特性，尤其是表面润湿性方面显示出显著差异。聚合物涂层的水滴接触角在60-93°范围内，在紫外光（365nm）照射下，由于疏水螺环形式异构化为两性离子型花菁形式，其水接触角可逆地切换为55-86°。通过静电纺丝法制备的纳米纤维涂层具有120-136°的较高接触角，在紫外光照射下该接触角转换为78-105°。本研究所开发的光响应型涂层在紫外光和可见光照射下可实现疏水与亲水之间的高效切换。该光控纳米纤维涂层表现出超疏水特性，其中有色水滴在其表面上较稳定并且很容易被纤维素组织吸收。综上所述，该光控纳米纤维涂层可用于设计和开发具有光控表面润湿性（在可调光照强度下）的超疏水材料。

图1.通过半连续乳液聚合合成含螺吡喃的刺激响应性共聚物乳胶纳米颗粒的典型步骤和光致变色特性

图2.浓度为0.1wt％的光响应性乳胶纳米颗粒的DLS曲线：（A）不含螺吡喃，（B）含3螺吡喃，（C）含5wt％螺吡喃

图3.浓度为0.01wt％的丙烯酸乳胶纳米颗粒的FE-SEM图像：（A-A''）SBNPs80和（B-B''）SNPs95

图4.浓度为0.5wt％的光致变色乳胶样品在不同紫外光（365nm）照射时间下的实时UV-Vis光谱：（A）SBNPs-15-3％，（B）SBNPs-30-3％，（C）SBNPs-45-3％，（D）SBNPs-60-3％，（E）SBNPs-80-3％，（F）SNPs-3％，（G）SBNPs-15-5％，（H）SBNPs-30-5％，（I）SBNPs-45-5％，（J）SBNPs-60-5％，（K）SBNPs-80-5％和（L）SNPs-5％

图5.光致变色涂层在可见光和紫外光（365nm）照射下的光控表面润湿性研究（体积为0.1µL的水滴接触角）：（A）SBNPs-15-3％，（B）SBNPs-30-3％，（C）SBNPs-45-3％，（D）SBNPs-60-3％，（E）SBNPs-80-3％，（F）SNPs-3％，（A'）SBNPs-15-3％，（B'）SBNPs-30-3％，（C'）SBNPs-45-3％，（D'）SBNPs-60-3％，（E'）SBNPs-80-3％和（F'）SNPs-3％

图6.通过静电纺丝聚合物溶液制备的纳米纤维涂层的FE-SEM图像，这些聚合物溶液包括（A-A''）SBNPs-60-5％，（B-B''）SBNPs-80-5％和（C-C''）SNPs-5％

图7.纳米纤维涂层在可见光和紫外光（365nm）照射下的光控表面润湿性（体积为0.1µL的水滴接触角）：（A和A'）SBNPs-60-5％，（B和B'）SBNPs-80-5％，和（C和C'）SNPs-5％