基于酰胺与芳香基团功能化的聚二乙炔衍生物可逆热致变色性能研究及其在温度监测中的应用

针对高温环境下可逆温度传感材料的开发需求，研究人员通过拓扑化学聚合法制备了两种酰胺基功能化聚二乙炔（PDA-1/PDA-2），其中PDA-2在100°C下呈现CR值0.65的高效可逆热致变色特性，其分子骨架间距（d-spacing）变化与氢键网络、芳香相互作用的协同效应被XRD和原位FTIR证实，为智能温敏材料设计提供了新思路。

　　

温度监测在工业生产和日常生活中至关重要，但现有技术如红外成像仪和电子传感器存在设备复杂、能耗高等缺陷。传统有机热致变色材料虽响应灵敏，却面临稳定性差和低温适用（<80°C）的瓶颈。聚二乙炔（PDA）作为共轭聚合物，因其独特的自组装特性和无溶剂聚合优势备受关注，但其可逆变色性能与高温适应性仍有待突破。

南京理工大学的研究团队通过设计含酰胺与芳香基团的二乙炔单体，采用拓扑化学聚合法成功合成PDA-1（烷基酰胺）和PDA-2（芳基酰胺）。研究运用紫外-可见光谱（UV-vis）追踪热致变色过程，结合热重分析（TGA）、拉曼光谱、原位傅里叶变换红外光谱（in-situ FTIR）和X射线衍射（XRD）揭示了分子结构与性能的关联。

化学结构与表征
PDA-1和PDA-2的单体通过酰胺缩合反应合成，经核磁共振（NMR）和红外光谱（FTIR）验证结构。聚合后样品在200°C以下保持稳定（TGA结果），扫描电镜（SEM）显示其片层聚集形态。

热致变色性能
PDA-1在80°C发生不可逆棕-红转变，而PDA-2在90-100°C呈现显著可逆蓝-红转变。拉曼光谱证实变色源于主链烯炔键振动模式变化，XRD表明d-spacing值微小增大（0.2 nm）导致色变。PDA-2的色度响应值（CR）在100°C达0.65，冷却至20°C后恢复初始值，循环稳定性优异。

分子机制解析
原位FTIR显示PDA-2的N-H和C=O键振动频率在加热时偏移，证实氢键网络动态重组；芳香基团的π-π堆叠增强了分子骨架回弹性，使其在热刺激移除后能恢复初始共轭长度（UV-vis证实）。

结论与意义
该研究通过精准调控PDA侧链相互作用（氢键与芳香效应），首次实现了100°C高温区可逆热致变色，突破了传统PDA材料的温度限制。PDA-2的高响应速度（CR值变化率>80%）和循环稳定性，为电力设备、智能制造等高温场景的无源温度传感提供了新材料解决方案。成果发表于《Reactive and Functional Polymers》，为智能聚合物分子设计提供了范式。