形狀記憶聚合物（Shape Memory Polymer）作為一類近年來快速發(fā)展的智能材料，能夠?qū)崿F(xiàn)在穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)間的形狀轉(zhuǎn)變。但是，主流的形狀記憶聚合物只能實現(xiàn)對于暫態(tài)的編程行為，這大大限制了其應用的場合。如果能夠?qū)Ψ(wěn)態(tài)進行編程，則意味著在沒有熵變的情況下能夠完成對初始狀態(tài)的重塑，這將把材料的形狀控制性提升至新的維度。在之前的研究中，熱固性的聚氨酯材料由于其交聯(lián)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，兼具出色的機械性能、形狀記憶效應與穩(wěn)定性，但也不可避免地具有難降解的特點。
共價適應性網(wǎng)絡（Covalent Adaptable Networks）為上述問題提供了解決辦法，其作為熱塑性與熱固性材料的橋梁，通過動態(tài)的鍵交換反應，使得熱固性材料具有一定的熱塑性行為。但是，大部分的共價適應性網(wǎng)絡很難兼具出色的力學性能與形狀記憶效應，并且?guī)缀跛泄矁r適應性網(wǎng)絡的塑性行為都是基于熱刺激，這種直接引發(fā)很大程度上限制了材料的實際應用環(huán)境。因此，采用遠程、無毒的可見或近紅外光作為刺激源，可以精準地控制材料的形變行為，無疑是更佳的選擇。同時，相比于傳統(tǒng)的金屬氧化物、碳材料等光熱轉(zhuǎn)化顆粒而言，MXene作為一種新型的二維材料，在表現(xiàn)出良好光熱轉(zhuǎn)化效應的同時，具有出色的透明度而非黑色。然而，關于MXene光熱轉(zhuǎn)化效應影響因素的研究大多只是停留在表面，亟待研究者們進一步探索。
圖1 MXene/PU復合材料的制備以及MXene的相關表征。
針對上述問題，上海交通大學陳玉潔副研究員和加州大學洛杉磯分校賀曦敏副教授團隊設計了一種MXene/PU的納米復合材料。研究者通過熔融鹽法對MAX進行刻蝕，制備了一系列具有不同金屬元素插層以及不同層數(shù)的MXene，其中Co-d-MXene展現(xiàn)出了最佳的光熱轉(zhuǎn)化性能，在可見光或近紅外光輻射下，均可達到240℃以上。經(jīng)過實驗與模擬分析，MXene的結(jié)構(gòu)參數(shù)與光學參數(shù)均對其性能有關鍵的影響。
圖2 MXene/PU復合材料的物理與熱機械性能。
圖3 MXene/PU復合材料的光響應行為。
圖4 MXene/PU復合材料的可重構(gòu)以及多重編程能力。
原為鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c02181
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