【研究背景】
大家或许见过遇热而变色显露图案的变色杯，和给婴儿使用的感温安全勺。这些产品均基于热致变色材料，它们具有随环境温度而改变光学性质的特点，如热致变色和热致荧光现象。
热致变色材料同时也是开发智能纺织品的重要环节，已有相关应用，如制备可穿戴设备、变色绷带和安全标签等。
迄今为止，热致变色材料在纺织领域已取得了重大进展，但开发具有高对比度、可逆和实时光学响应的可调节热响应性材料仍然是一个挑战。
荧光发射可以增强物体的颜色亮度和视觉外观。类似于热致变色染料，热致荧光染料会根据环境温度变化而改变荧光发射波长或强度。开发同时具有热致变色和热荧光响应的双输出染料，尤其是在加热时具有从无到有的“开启”荧光性能的双输出染料，是提高热敏染料的灵敏度、颜色质量和对比度的一种可行方法。当前，大多数分子热荧光染料都依赖强度的变化，由于热激活的动态猝灭机制普遍存在，荧光信号通常会随着温度的升高而“关闭”，在加热时提供被动不明显的光学响应。相比之下，在加热时具有高对比度的“开启”热荧光的染料更为理想，可灵敏地指示温度变化，这种染料在智能纺织品的开发中更为适用。
【成果简介】
近日，张婉博士(第一作者)，江南大学王潮霞教授，德克萨斯A&M大学方磊教授(共同通讯作者)报道了同时具有热致变色和热致荧光“开启”双功能的热敏染料系统及其在涤纶织物中的应用。
该材料是一种复合染料纳米颗粒，通过正硅酸四乙酯缩水聚合的方式，在形成的SiO2纳米颗粒中包裹双吲哚并喹吖二酮(IQA)有机染料分子和脂肪醇获得。该染料系统的双输出响应性能取决于IQA分子的溶剂调节解离/聚集机制。采用高温高压染色法，该染料系统在涤纶织物上实现了染色并保留了染料系统原有的性能。在加热后，染料系统和染色的织物均以实时、高度可逆的方式呈现出清晰的颜色变化和高对比度的“开启”荧光(可见光下，由深紫色变为橘红色；紫外光(365 nm)下，由暗淡的无荧光状态突变为发射强烈的金黄色荧光)。此外，该染料系统的热响应温度可以通过改变具有不同熔点的脂肪醇溶剂实现可控调节。该染料系统制备方法简单，性能优越，有望实现商业化。该成果近日以“High-PerformanceThermoresponsive Dual-Output Dye System for Smart Textile Application”为题在线发表于《Advanced Functional Materials》(DOI：10.1002/adfm.201906463)上。
▲【图文导读】图一：高性能热敏双输出染料系统的制备及其变色机理
▲IQA/C16OH@SiO2纳米颗粒合成的示意图及其溶剂调节热响应机制。图二：IQA/C16OH@SiO2染色的聚酯织物的可逆热变色性质
a)IQA/C16OH@SiO2染色的热致变色聚酯织物在30℃~60℃内的颜色深度(K/S)。
b)IQA/C16OH@SiO2染色的聚酯织物在30℃和60℃间可逆颜色变化的照片。c)连续色差。d)亮度(L*)。e)染色的聚酯织物在加热(红线)和冷却(蓝线)过程中的a*，b*值。图三：IQA/C16OH@SiO2染色的聚酯织物热响应荧光性质
b)IQA/C16OH@SiO2染色的聚酯织物在30℃和60℃间可逆颜色变化的照片。c)连续色差。d)亮度(L*)。e)染色的聚酯织物在加热(红线)和冷却(蓝线)过程中的a*，b*值。图三：IQA/C16OH@SiO2染色的聚酯织物热响应荧光性质
a)IQA/C16OH@SiO2染色的聚酯织物在30℃~60℃范围内的荧光发射光谱(λex= 480 nm)。b)紫外光(365 nm)下，染色的聚酯织物在30℃和60℃之间可逆荧光变化的照片。c)100个加热-冷却循环中，染色织物的固态荧光强度(λex=480 nm，λem=572 nm)的变化。d)分别用IQA/C14OH@SiO2，IQA/C16OH@SiO2和IQA/C18OH@SiO2染色的聚酯织物的固态荧光强度(λex= 480 nm，λem= 572 nm)的变化。e)不同温度下，IQA/C14OH@SiO2，IQA/C16OH@SiO2和IQA/C18OH@SiO2染色的聚酯织物在紫外光(365 nm)下的照片。
紫外光下热致荧光的开关循环。【小结】研究者报导了一种同时具有热致变色和热致荧光输出的新型热敏染料体系，并应用于涤纶织物的染色。该染料体系的双输出热响应性能依赖于封装在SiO2纳米颗粒中的IQA分子的溶剂调节解离/聚集状态的可逆变化。基于这种机理，染料系统和染色织物都响应于温度变化而显示出清晰且高度可逆的颜色变化和荧光变化。特别的是，加热过程中该染料系统可以从冷态几乎不发光到热态开启明亮荧光发射。此外，该染料系统还可以通过选用不同熔点的脂肪醇溶剂对热敏转变温度进行控制。该染料系统集成了适用于纺织领域的热响应性材料所需的特性，包括双光学输出，高对比度“开启”荧光，稳定且可逆的颜色转变，可调节的热响应温度和高效染色，因而具有广阔的应用前景。
文献链接：
https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201906463
