雙向形狀記憶聚合物材料（2W SMPs）可以在兩種不同形狀之間表現(xiàn)出可逆的形狀轉(zhuǎn)換，在生物醫(yī)用、柔性傳感器與驅(qū)動器、仿生機(jī)器人等領(lǐng)域表現(xiàn)出極大的應(yīng)用潛力。具有雙向形狀記憶效應(yīng)（2W SMEs）的聚合物主要包括液晶彈性體、交聯(lián)結(jié)晶聚合物及其復(fù)合材料，而根據(jù)材料在實現(xiàn)2W SMEs時是否需要外力，可分為準(zhǔn)雙向和雙向SMPs。目前已有的2W SMPs品種相對單一，隨著智能材料應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大以及對多響應(yīng)性、多功能性的迫切需求，深入揭示2W SMEs的作用機(jī)制，發(fā)展新的聚合物體系并建立新的驅(qū)動策略，具有重要意義。
四川大學(xué)環(huán)保型高分子國家地方聯(lián)合工程實驗室楊科珂教授團(tuán)隊近年來在2W SMPs的結(jié)構(gòu)設(shè)計、機(jī)制探索和應(yīng)用研究方面取得系列進(jìn)展，開發(fā)了無外力的雙向三重形狀記憶液晶彈性體（Macromolecules 2018, 51, 5812?5819）和光/熱響應(yīng)雙向形狀記憶液晶彈性體（SCIENCE CHINA Materials, 2020, 63, 2590-2598），具有可調(diào)雙向形狀記憶效應(yīng)的光交聯(lián)結(jié)晶聚合物（Macromolecules, 2017, 50, 5155?5164），具有熱/光/磁響應(yīng)和自修復(fù)功能的準(zhǔn)雙向和雙向形狀記憶交聯(lián)（雙）結(jié)晶聚合物（Applied Materials Today, 2020, 18, 100463; Macromolecules, 2018, 51 (3), 705–715），以及具有熱/光響應(yīng)的聚乙烯-醋酸乙烯酯/石墨烯形狀記憶致動器（Composites Science and Technology, 2019, 173, 41-46）。
利用半結(jié)晶交聯(lián)聚合物的寬熔融轉(zhuǎn)變是實現(xiàn)2W SMEs的一種非常簡便的方法，可通過在熔程范圍內(nèi)選擇合適的驅(qū)動溫度（Thigh）可以通過結(jié)晶區(qū)的部分熔融-再結(jié)晶來實現(xiàn)，具有可靈活調(diào)控的Thigh和可逆形變，但受預(yù)處理方式、驅(qū)動溫度影響很大。因此，從結(jié)晶行為的角度出發(fā)，揭示應(yīng)力誘導(dǎo)結(jié)晶和自成核結(jié)晶行為對其2W SMEs的影響非常必要。近期，楊科珂教授團(tuán)隊通過采用具有梯度分子量的聚己內(nèi)酯二丙烯酸酯預(yù)聚物 (PCLDA) 與丙烯酸正丁酯 (BA)自由基共聚交聯(lián)，制備了一系列具有寬熔融轉(zhuǎn)變的無外力2W SMPs。探究了BA含量、預(yù)加載力大小、驅(qū)動溫度和形變保留率（Qf）對材料的熔程范圍和無應(yīng)力雙向形狀記憶行為的影響。隨著BA含量的增加，PCL鏈段規(guī)整性被破壞，熔程溫度范圍擴(kuò)大；隨著驅(qū)動溫度和Qf的增加，材料的激發(fā)應(yīng)變和形狀回復(fù)率均呈先增加后降低趨勢。進(jìn)一步研究了材料在雙向形狀記憶過程中的自成核行為和微觀結(jié)構(gòu)變化，探究了驅(qū)動溫度的選擇對于材料可逆相/固定相相對比例的影響，從微觀尺度揭示了材料無外力雙向形狀記憶行為的工作機(jī)制和影響因素，表明材料的無外力雙向形狀記憶行為是通過晶區(qū)在升溫過程中的部分熔融和降溫過程中自成核結(jié)晶實現(xiàn)的。這項工作提供了一種簡便的策略來制備驅(qū)動溫度和形狀記憶性能可調(diào)的無外力雙向形狀記憶材料。
圖2.材料的熱學(xué)行為(a, b)和預(yù)加載力(c)、驅(qū)動溫度(d)、形變保留率(e)對于無外力雙向形狀記憶行為的影響(f)材料在47 °C時的無外力雙向形狀記憶曲線
圖3.未經(jīng)處理(a)和拉伸取向后(b)材料的自成核行為及其在不同狀態(tài)下的XRD衍射圖(c)，2D-SAXS圖像(d) 和 1D-SAXS曲線(e)
圖4. 材料的無外力雙向形狀記憶行為機(jī)理和不同驅(qū)動溫度下的雙向形狀記憶行為
- 上海交大劉河洲團(tuán)隊 CEJ：具有優(yōu)異機(jī)械性能的無應(yīng)力雙向形狀記憶聚合物 2023-06-23
- 哈工大劉宇艷教授團(tuán)隊《Mater. Horiz.》：在較窄的響應(yīng)溫度區(qū)間內(nèi)呈現(xiàn)優(yōu)異的可逆驅(qū)動特性的雙向形狀記憶聚合物 2023-04-23
- 浙江大學(xué)謝濤/趙騫教授團(tuán)隊《Chem. Eng. J.》:數(shù)字化光處理技術(shù)制備雙向形狀記憶聚合物 2021-07-26
- 清華大學(xué)吉巖課題組《Nat. Commun.》：成型后調(diào)控液晶彈性體驅(qū)動器的驅(qū)動溫度 2023-06-15
