光响应水凝胶中的同步反应和扩散

光响应水凝胶中的同步反应和扩散

陈璇，金丽华

水凝胶是分散在含水溶剂中的聚合物网络。光反应性分子结合在聚合物网络上的水凝胶可以根据光改变其体积。光触发光反应分子的化学反应，例如螺苯并吡喃的光异构化，并改变聚合物网络与溶剂分子之间的相互作用参数，从而驱动溶剂分子的扩散，引起水凝胶的体积变化。水凝胶的光反应动力学是由同时发生的反应和扩散控制的。本文基于非平衡热力学建立了描述光响应水凝胶本构行为的理论框架。该框架将水凝胶的变形与溶剂分子的扩散和光反应分子的反应耦合在一起，使我们能够预测光反应水凝胶在光照和黑暗条件下的时空响应。我们展示了显著不同的光响应动力学，包括反应受限、扩散受限和反应-扩散耦合过程，并以水凝胶薄膜的受限和自由膨胀为例。特别地，我们证明了缓慢的扩散如何推迟光响应水凝胶在黑暗中的照明后动力学响应的开始。这个框架为我们理解光响应水凝胶提供了指导。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022509618306045