基于冷结晶调控的聚二乙炔可逆热致变色性能与可控自组装路径研究

本研究针对聚二乙炔（PDA）环境响应性不足的问题，通过多巴胺修饰单体（PCDA-DOPA）的冷结晶调控，实现了热致变色温度范围（60°C至90°C）的可逆扩展，并构建了囊泡、四方体及纳米管等多形态自组装结构。该工作为智能传感材料设计提供了溶剂-温度-外力协同调控的新范式，其纳米管对Pb2+的特异性检测限低至5 μM，具有重要应用价值。

　　

在智能材料领域，聚二乙炔（Polydiacetylene, PDA）因其独特的环境响应特性备受关注，但其热致变色温度范围窄、可逆性差等问题长期制约实际应用。传统改性方法多聚焦于化学修饰，而对晶体结构调控路径的探索仍属空白。江南大学的研究团队创新性地提出通过冷结晶工程调控PDA自组装行为，相关成果发表于《Dyes and Pigments》，为开发高性能传感材料提供了新思路。

研究采用多巴胺修饰的二乙炔单体（PCDA-DOPA），通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）表征晶体结构变化，结合紫外聚合和原子力显微镜（AFM）观察自组装形貌。重点考察了退火处理对双层间距（d-spacing）和热致变色温度的影响，并通过溶剂体系筛选构建了多种纳米结构。

【结构表征】
退火处理使PCDA-DOPA的双层间距从5.51 nm扩展至6.28 nm，FTIR证实酰胺键形成（1640 cm^-1特征峰），XRD显示晶体结构从三斜晶系转变为六方堆积。这种结构重组使热致变色最高可逆温度提升50%（60°C→90°C）。

【自组装调控】
在四氢呋喃/水体系中获得规整纳米管，其直径约200 nm；乙醇体系形成四方体结构；而水相自组装主要产生囊泡。值得注意的是，纳米管在50°C或机械力作用下可转变为网状凝胶，展现动态响应特性。

【离子检测应用】
蓝色纳米管对Pb²⁺具有特异性识别能力，检测限达5 μM，源于多巴胺邻苯二酚基团的螯合作用。相较传统PDA传感器，该体系兼具宽温域可逆响应与高选择性。

结论部分强调，该研究首次通过熔融态加工调控PDA晶体结构，突破了热致变色温度不可调的瓶颈。多溶剂体系下的自组装多样性（囊泡/纳米管/四方体）证实了超分子组装路径依赖性理论。未来可基于此策略开发温敏-力敏双响应材料，为环境监测和生物传感提供新工具。研究获国家自然科学基金（21975107）支持，核心成果由Zinuo Zhang、Yunjie Yin等共同完成。