中国科学院兰州化学物理研究所新材料领域王晓龙

shanhaiguan

王晓龙 男，1976年生。2007年6月毕业于兰州大学化学化工学院，获得理学博士学位，进入中科院兰州化学物理研究所工作。期间，2010年6月至2011年6月，于香港理工大学从事1年合作研究；2011年12月至2013年11月，中国科学院公派留学至加拿大University of Western Ontario从事两年访问研究。2014年5月入选兰州化学物理研究所“特聘人才计划”研究员项目，同年获中科院“西部之光”人才培养计划重点项目支持。研究领域包括材料化学、表面工程、柔性电子及3D打印等。近年来，在Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.等国内外知名刊物发表SCI收录论文50余篇，其中2篇分别被Chem. Commun.和ACS Appl. Mater. Interfaces选为封面方面，并有多篇文章被国际知名杂志如NPG Asia Materials、Chemistry World作为研究亮点进行了报道详述。根据Google Scholar统计，发表文章被引用1000余次，H因子21。
Key Publications:
　　1.Yang, Wu, Xiaowei Pei, Xiaolong Wang*, Yongmin Liang, Weimin Liu, Feng Zhou*, Biomimicking lubrication superior to fish skin using responsive hydrogels. NPG Asia Materials 2014, 6, e136.
　　2.Xiaolong Wang; Cathy Yan, Hong Hu, Xuechang Zhou, Ruisheng Guo, Xuqing Liu, Zhuang Xie, Z. Huang, Zijiang Zheng* Aqueous and Air-Compatible Fabrication of High-Performance Conductive Textiles. Chemistry – An Asian Journal 2014, 9, 2170.
　　3.Guoqiang Liu, Zhilu Liu, Na Li, Xiaolong Wang*, Feng Zhou*, Weimin Liu, Hairy Polyelectrolyte Brushes-Grafted Thermosensitive Microgels as Artificial Synovial Fluid for Simultaneous Biomimetic Lubrication and Arthritis Treatment. ACS Applied Materials & Interfaces 2014, 6, 20452.
　　4.Qiangbing Wei, Bo Yu, Xiaolong Wang*, Feng Zhou*, Stratified polymer brushes from microcontact printing of polydopamin initiator on polymer bursh surfaces, Macromol. Rapid Commun. 2014, 35, 1046.
　　5.Xiaolong Wang, Qiuquan Guo, Xiaobing Cai, Shaolin Zhou, Brad Kobe and Jun Yang*, Initiator integrated 3D printing enabling complex metallic architectures, ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 2583. (封面文章)
　　6.Xiaolong Wang, Xiaobing Cai, Qiuquan Guo, Tengyuan Zhang, Brad Kobe and Jun Yang*, i3DP, a robust 3D printing approach enabling genetic post-printing surface modification. Chem. Commun. 2013, 49: 10064-10066. (封面文章; Highlighted by Chemistry World)
　　7.Xiaolong Wang, Tengyuan Zhang, Brad Kobe, Woon Ming Lau and Jun Yang*, Grafting of polyelectrolytes onto hydrocarbon surfaces by high-energy induced cross-linking for making metallized polymer films. Chem. Commun. 2013, 49: 4658.  
　　8.Xiaolong Wang, Tingjie Li, Jillian Adams and Jun Yang*, Transparent, stretchable, carbon-nanotubes-inlaid conductors enabled by standard replication technology for capacitive pressure, strain and touch sensors. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 3580.
　　9.Tengyuan Zhang, Xiaolong Wang*, Tingjie Li, Qiuquan Guo and Jun Yang*, Fabrication of flexible copper-based electronics with high-resolution and high-conductivity on Paper via Inkjet Printing. J. Mater. Chem. C 2014, 2, 286-294.
　　10.Qiuquan Guo, Xiaobing Cai, Xiaolong Wang* and Jun Yang*, “Paintable” 3D printed structures via a post-ATRP process with antimicrobial function for biomedical applications. J. Mater. Chem. B 2013, 1, 6644-6649.
　　11.Xiaolong Wang, Haiyuan Hu, Qian Ye and Feng Zhou*, Superamphiphobic coatings with coralline-like structure enabled by one-step spray of polyurethane/carbon nanotube composites, J. Mater. Chem. 2012, 22, 9624.
　　12.Qiangbin Wei, Xiaolong Wang* and Feng Zhou*, A versatile macro-initiator with dual functional anchoring groups for surface-initiated atom transfer radical polymerization on various substrates, Polymer Chemistry 2012, 3, 2129.
　　13.Xiaolong Wang, Hong Hu, Youde Shen, Xuechang Zhou and Zijian Zheng, Stretchable Conductors with Ultrahigh Tensile Strain and Stable Metallic Conductance Enabled by Prestrained Polyelectrolyte Nanoplatforms, Adv. Mater. 2011, 23, 3090.
　　14.Xuechang Zhou, Xiaolong Wang, Youde Shen, Zhuang Xie and Zijian Zheng, Fabrication of Aritrary Three-dimensional Polymer Structures by Rational Control of the Spacing between Nanobrushes, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 6506.
　　15.Xiaolong Wang, Xinjie Liu, Feng Zhou and Weimin Liu, Self-healing Superamphiphobicity, Chem. Commun. 2011, 47, 2324. (Highlighted by Nature Asia Materials, http://www.natureasia.com/asia-materials/highlight.php?id=890)

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中国科学院兰州化学物理研究所王晓龙研究员团队，基于生物兼容的人工合成高分子和天然活性大分子制备物理交联水凝胶的策略，成功开发了聚乙烯醇（PVA）+κ-卡拉胶的复配水凝胶墨水。借助墨水直写（Direct ink writing）打印技术，实现了复杂水凝胶结构的精细打印制备，包括水凝胶管、三维支架以及耳朵等。通过冷冻-解冻循环后处理技术，在水凝胶结构中形成物理交联网络，从而制备出高强度、耐溶胀的水凝胶。更重要的是，该水凝胶经纯物理过程制备，没有反应副产物或者残余有毒物质，并且κ-卡拉胶具有良好的生物活性，所制备的三维水凝胶支架可以直接用于3D细胞培养，在骨组织再生、皮肤修复方面具有重要的应用价值。

图 13D打印高强度物理交联水凝胶及生物支架应用

  该方法还可以拓展至其他的水凝胶体系，包括壳聚糖、明胶和琼脂等。进一步研究具有优良机械性能、生物兼容性和生物活性的水凝胶，并结合先进的3D打印技术，有望为组织工程、药物释放、骨再生以及医学植入体等方面提供重要的机遇。

  上述工作在线发表在Biomaterials Science（DOI：10.1039/c9bm00081j）。该工作得到了国家重大研发计划（2016YFC1100401），国家自然科学基金（51775538，51828302），甘肃省重大专项（18ZD2WA011）、重点研发（17YF1FA139）、自然科学基金（17JR5RA318）和兰州创新创业人才（2016-RC-74）等项目的支持。

  论文链接：http://dx.doi.org/10.1039/C9BM00081J

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 中科院兰州化学物理研究所王晓龙研究员团队采用数字光处理（DLP）3D打印技术，通过在一侧构筑不对称的微结构实现了湿度刺激下的变形水凝胶材料和器件。以打印的样条为例（图1），通过在其表面一侧构筑垂直或倾斜于长度方向微沟槽，样条能够实现快速的弯曲或螺旋，更为重要的是这种弯曲或螺旋变形是可设计和控制的。

图1. DLP 3D打印可控形变水凝胶示意图

  利用3D打印在自由设计和成形方面的优势，打印成形件在湿度刺激下能够实现从一维样条向三维类石斛兰花朵的形态转变，或从二维的平面花朵向三维风车的形态转变，或从三维八爪柱状体向更加复杂的三维八爪鱼或水轮机的形态转变，充分表现了采用3D打印灵活设计复杂可控变形器件的能力。更为重要的是，该变形器件的设计理念和方法具有良好的通用性和兼容性，可推广至多种光固化打印的水凝胶体系。如采用加入温敏性的2-甲基-2-丙烯酸-2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯(MEO2MA)的前驱体材料，3D打印的抓取器能够在温度刺激下实现水下的快速抓取、输运与释放功能。研究者相信，这种采用3D打印实现单一水凝胶材料复杂但精确可控变形的方法对拓展3D打印在软机器人、智能器件方面的应用具有重要的意义。

  相关工作发表在Advanced Materials Technologies(DOI: 10.1002/admt.201800713)上，王晓龙研究员为唯一通讯作者，博士研究生姬忠莹为第一作者。

  论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/admt.201800713

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近日，中国科学院兰州化学物理研究所润滑材料重点实验室3D打印摩擦器件组王晓龙研究员主编的英文专著——《Vat Photopolymerization Additive Manufacturing》(《光固化增材制造》)一书由爱思唯尔（Elsevier）出版社正式出版发行。

        本书系统地阐述了基于光固化成形工艺增材制造（3D打印）领域重要的基础研究和应用研究成果。本书共十四章，按照光固化3D打印过程、材料和应用的思路，详细阐述光固化3D打印技术的基础化学理论和基础界面调控方法，重点分析了光固化3D打印工程塑料、水凝胶、刺激响应性聚合物以及陶瓷等材料的设计、制备与功能性调控，探讨了光固化3D打印技术与材料在工程应用、生物医学、超材料、仿生结构、电子信息等领域的应用与潜能，最后对光固化3D打印技术的发展趋势与应用前景做了展望。本书为光固化3D打印的基础和应用研究提供了新的思路和借鉴，对从事光固化3D打印技术研究和教学等相关领域的人员具有参考和应用价值。
        3D打印摩擦器件团队围绕增材制造润滑材料与功能器件的关键科学技术问题，致力于3D打印高性能自润滑复合材料及仿生摩擦和功能器件研究，在3D打印高性能工程聚合物、聚氨酯弹性体、液晶高弹体、水凝胶和陶瓷等新材料研发、3D打印仿生摩擦润滑智能表界面构筑新方法和3D打印仿生驱动、生物医疗功能器件制造新技术等方面取得了系列创新性研究成果，在航空航天、医疗器械、类器官模型等领域的应用取得了较好进展，相关研究为增材制造在相关领域的应用、发展和产业化提供了先进的材料、技术和平台等基础。

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三维交联的亲水性聚合物网络构成的荧光水凝胶（FPHs）材料在发光传感、检测以及信息加密等方面具有独特的优势并得到迅速发展。近年来，研究人员开发了不含传统大π共轭结构的发光系统，基于簇集诱导发光效应（CTE）的一类新兴的、非常规的发光材料引起了广泛关注。与传统荧光材料不同，其发光来源不是通过大π共轭结构的发色团，而是通过富含π电子或孤对电子基团（如羟基、酯类、羰基、酰胺等）的相互聚集而形成的空间相互作用（TSI），从而扩展了电子离域能力，并且构象刚化后形成了内在团簇结构的发色团。然而，在CTE领域也存在着瓶颈，主要的挑战是其发光基本处于蓝光区域或波长约为400-500 nm之间，而在实际应用中更希望发射荧光扩展到红光甚至近红外（NIR）区域，这对实际应用更有价值。
        近日，中国科学院兰州化学物理研究所润滑材料重点实验室3D打印摩擦器件组王晓龙研究员团队在非传统荧光水凝胶方面取得重要进展，发展了具有热致红色荧光特性的超分子水凝胶，在荧光成像与检测、金属离子识别以及软体驱动器等领域具有广泛的应用前景。
        该团队受虾青素-蛋白质加热变色现象的启发，利用溶剂调控与相转化氢键重构相结合策略，在热驱动力下聚合物链间多个-C=O基团和N-H基团发生聚集，并在强氢键作用下形成稳定的团簇结构，此时由于-C=O基团和N-H基团不受外侧水分子氢键的影响，对每一个单元都可形成氢键D-A结构，有利于电子的电荷转移，空间相互作用增强，使得聚合物构象刚化从而产生红色荧光特性（图1）。

图1. 虾青素-蛋白质加热变性过程和受此启发的荧光水凝胶制备机理

    该荧光水凝胶在软体驱动器方面显示出良好的应用潜力。该团队设计并制造了一种仿生荧光水凝胶水母机器人，在电机驱动下该荧光水母机器人可在水下游动，表现出良好的机械性能。
      该研究发现了离域化氢键D-A团簇结构能实现长波长CTE效应，发展一种极其简单的策略制备出具有优异力学性能的红色荧光超分子水凝胶。该方法还具有合成路线短、低成本、绿色及操作简单等优势，为非传统荧光水凝胶的设计增添了新的策略。
      相关研究成果以“Multiple hydrogen-bonding induced nonconventional red fluorescence emission in hydrogels”为题，发表在Nature Communications（Nat. Commun. 2024, 15, 3482, https://doi.org/10.1038/s41467-024-47880-7，https://rdcu.be/dFIwv）上。石河子大学博士生吴家宇为论文第一作者，兰州化物所王晓龙研究员和蒋盼博士（现于法国 Institut Jacques Monod 从事博士后研究工作）为本文通讯作者。
      该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院基础与交叉前沿科研先导专项（B类）、中国科学院“西部之光”创新团队和兰州化物所重点培育项目等的支持。