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  基于光固化材料在紫外光照下液-固轉(zhuǎn)變剛性增強(qiáng)的特性，本研究提出將磷光體引入光固化材料的策略，將純有機(jī)室溫磷光（RTP）分子替代傳統(tǒng)光引發(fā)劑，直接引入到光固化材料中，成功制備了具有實(shí)時磷光信號可視化監(jiān)測的三種新型光固化材料。基于該策略，所獲得的光固化材料實(shí)現(xiàn)了藍(lán)、綠、橙全色顯示的RTP發(fā)射，同時通過磷光性能改變記錄實(shí)時固化速度、內(nèi)部環(huán)境及轉(zhuǎn)化率。此外，這些固化材料成功實(shí)現(xiàn)了4D打印和形狀記憶過程，在制備的二維材料和三維材料中均展現(xiàn)出連續(xù)的動態(tài)形變與生動的RTP發(fā)光。值得注意的是，通過對實(shí)時磷光的進(jìn)一步調(diào)控，可在4D打印材料中實(shí)現(xiàn)顯著的行為可視化效果。

  近日，華東理工大學(xué)田禾院士、馬驤教授團(tuán)隊(duì)在Nature Communications期刊發(fā)表題為“Visualization of photocuring and 4D printing with real-time phosphorescence”的研究論文，顧凡博士、博士生季夢醒為論文共同第一作者，馬驤教授為論文通訊作者。該工作將三種有機(jī)磷光分子（硫代色滿-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））作為奪氫型光引發(fā)劑引入到光固化體系，在紫外光（365 nm）照射下與三乙胺進(jìn)行雙分子作用產(chǎn)生氨烷基自由基，進(jìn)而引發(fā)雙鍵進(jìn)行自由基聚合（圖1），隨著光照時間的增加固化程度不斷增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了不斷增強(qiáng)的藍(lán)、綠、橙三色RTP發(fā)射，在固化過程中磷光特性的變化揭示了對不同固化狀態(tài)（固化速度、內(nèi)部環(huán)境和聚合程度）的實(shí)時監(jiān)控（圖2）。獲得的三種新型光固化材料不僅能夠?qū)崿F(xiàn)固化過程的可視化，同時具備了良好的力學(xué)性能（圖3）。此外，實(shí)時變化的RTP發(fā)射首次實(shí)現(xiàn)了對4D打印和形狀記憶過程的顯著可視化，通過控制紫外光的照射時間，獲得的2D花朵的光固化程度不同，隨著光固化程度的提高，磷光強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，花瓣能夠打開的角度逐漸降低，在溶劑作用下呈現(xiàn)打開到閉合的4D過程，且該4D打印過程可以進(jìn)行多個可逆的循環(huán)過程（圖4）。為了擴(kuò)展磷光在4D打印材料的應(yīng)用場景，該工作通過對固化時間的調(diào)控和磷光體的合理安排，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)RTP性能的視覺差異準(zhǔn)確預(yù)測2D材料（制作的花型薄膜）和3D材料（太空人和熊貓）的實(shí)際運(yùn)動（圖5）。

圖1 光固化體系介紹及光引發(fā)機(jī)理示意圖。

圖2 不同光固化程度下的磷光變化及視覺監(jiān)測。

圖3 新型光固化材料的力學(xué)性能檢測。

圖4 花朵圖案的4D打印過程示意圖。

圖5 通過磷光調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對4D打印的可視化。

  該工作將三種磷光體引入光固化樹脂體系中，不僅實(shí)現(xiàn)了作為光引發(fā)劑的雙鍵自由基聚合，制備了具有實(shí)時磷光監(jiān)測性能的三種新型光固化材料，同時對光固化過程中的固化速度、固化程度以及聚合物內(nèi)環(huán)境的改變進(jìn)行了可視化監(jiān)測。此外，磷光對具有便捷加工性能的4D打印材料的行為監(jiān)測也取得了良好的效果，展現(xiàn)了其在光固化和4D打印領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價(jià)值。

  原文鏈接：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