高交聯度和低收縮應力是制備光固化材料時難以兼顧的兩項性能。江南大學劉仁教授團隊報道了上轉換粒子輔助近紅外光聚合技術在減少固化材料收縮應力和提高力學性能發揮的獨特作用。在近紅外固化過程中，微米尺寸的上轉換粒子可以吸收近紅外光，隨后向周圍的微區域發射紫外-可見光，進而引發該區域內感光材料的聚合反應。研究表明，這一過程可顯著提高凝膠點雙鍵轉化率和材料力學性能。
該報道首次在微米尺度上研究了上轉換粒子輔助近紅外光固化機制。上轉換粒子作為內置光源分散在感光材料內部，當近紅外光輻照時，上轉換粒子將近紅外光轉換為紫外光，并在其周圍形成球形聚合微區，并且隨著輻照劑量升高，球殼厚度不斷增加，最終形成滲透互聯的聚合物網絡。由于上轉換粒子向周圍發射紫外-可見光，光強由近及遠逐漸降低，使得雙鍵轉化速率也由粒子中心向外梯度遞減，當多聚合微區交疊互聯后形成均勻交聯網絡。
聚合微區之間的滲透互聯過程影響著光敏材料的凝膠過程。光敏材料在聚合微區滲透互聯后開始凝膠，此時的雙鍵轉化率處于較高水平。并且凝膠時間和凝膠點雙鍵轉化率可通過上轉換粒子濃度和近紅外光強來調控。近紅外固化材料的凝膠點雙鍵轉化率最大可達66%，傳統紫外光固化材料的凝膠點雙鍵轉化率低于5%。
高凝膠點雙鍵轉化率有利于降低固化材料的收縮應力，通過表征因收縮應力導致的基板形變量大小，可反映固化材料的收縮應力大小。由于近紅外固化材料的凝膠點雙鍵轉化率遠高于紫外固化材料，近紅外固化材料表現出更低的收縮應力，進而提高了近紅外固化材料的力學性能。該研究探明了上轉換粒子輔助近紅外光固化機制，為開發高性能的光固化材料提供了一條簡便通用的新方法。而這一獨特的微區梯度光聚合方法也有望為功能材料的制備提供新的策略。
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