形狀記憶聚合物(shape memory polymer, SMP)是一種在一定條件下能夠固定暫時(shí)形狀并且在外界刺激下能夠恢復(fù)到初始形狀的智能材料，在柔性電子器件、生物醫(yī)學(xué)以及航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣泛。熱固性形狀記憶聚合物作為形狀記憶聚合物的重要組成部分，與熱塑性形狀記憶聚合物相比，具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和形狀記憶性能。然而，熱固性聚合物一旦交聯(lián)固化成型其形狀無(wú)法改變，即形狀記憶聚合物的原始形變無(wú)法再改變，從而限制了其應(yīng)用。
中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所研究員王齊華帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)通過(guò)在熱固性聚合物中引入動(dòng)態(tài)共價(jià)自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)（Covalent adaptable network，CAN），實(shí)現(xiàn)了熱固性形狀記憶環(huán)氧樹(shù)脂的原始形狀重構(gòu)。動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在一定的熱或光等的刺激下能夠發(fā)生共價(jià)鍵的交換反應(yīng)，因此可以實(shí)現(xiàn)熱固性聚合物的焊接、再加工等性能。
形狀記憶及形狀再塑示意圖
研究人員在環(huán)氧樹(shù)脂中引入溫度誘發(fā)的、具有酯交換性能的動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵，在酯交換反應(yīng)溫度下改變性狀并保持一定時(shí)間，隨后借助動(dòng)態(tài)酯交換反應(yīng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)力完全松弛，從而產(chǎn)生新的形狀。定性和定量的表征都表明原始性狀和再重構(gòu)的形狀都具有優(yōu)異的形狀記憶性能。此外，由于環(huán)氧樹(shù)脂較脆，通過(guò)引入增強(qiáng)性的石墨烯很好地改善了環(huán)氧的力學(xué)性能，為獲得較大形變的形狀記憶及重構(gòu)性能提供了保障。同時(shí)石墨烯作為很好的光熱轉(zhuǎn)換材料能夠?qū)⒓t外光轉(zhuǎn)換為熱能，因此也實(shí)現(xiàn)了紅外光引發(fā)的形狀恢復(fù)。
該形狀可重構(gòu)的形狀記憶聚合物的制備有望為熱固性形狀記憶聚合物的再加工、自修復(fù)以及形狀重構(gòu)提供新的思路，同時(shí)也拓寬了熱固性形狀記憶聚合物材料的應(yīng)用范圍。
以上工作得到了國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（“973”計(jì)劃）、中科院國(guó)防創(chuàng)新基金和國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)《應(yīng)用材料和界面》（ACS applied materials & interfaces 2016, 8 (33), 21691-21699）上。
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