形狀記憶聚合物(Shape Memory Polymer)作為一類近年來(lái)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(shí)現(xiàn)對(duì)于暫態(tài)的編程行為,這大大限制了其應(yīng)用的場(chǎng)合。如果能夠?qū)Ψ(wěn)態(tài)進(jìn)行編程,則意味著在沒(méi)有熵變的情況下能夠完成對(duì)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(luò)結(jié)構(gòu),兼具出色的機(jī)械性能、形狀記憶效應(yīng)與穩(wěn)定性,但也不可避免地具有難降解的特點(diǎn)。
共價(jià)適應(yīng)性網(wǎng)絡(luò)(Covalent Adaptable Networks)為上述問(wèn)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(guò)動(dòng)態(tài)的鍵交換反應(yīng),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(jià)適應(yīng)性網(wǎng)絡(luò)很難兼具出色的力學(xué)性能與形狀記憶效應(yīng),并且?guī)缀跛泄矁r(jià)適應(yīng)性網(wǎng)絡(luò)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(shí)際應(yīng)用環(huán)境。因此,采用遠(yuǎn)程、無(wú)毒的可見(jiàn)或近紅外光作為刺激源,可以精準(zhǔn)地控制材料的形變行為,無(wú)疑是更佳的選擇。同時(shí),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(yīng)的同時(shí),具有出色的透明度而非黑色。然而,關(guān)于MXene光熱轉(zhuǎn)化效應(yīng)影響因素的研究大多只是停留在表面,亟待研究者們進(jìn)一步探索。
圖1 MXene/PU復(fù)合材料的制備以及MXene的相關(guān)表征。
針對(duì)上述問(wèn)題,上海交通大學(xué)陳玉潔副研究員和加州大學(xué)洛杉磯分校賀曦敏副教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種MXene/PU的納米復(fù)合材料。研究者通過(guò)熔融鹽法對(duì)MAX進(jìn)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(jiàn)光或近紅外光輻射下,均可達(dá)到240℃以上。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)與模擬分析,MXene的結(jié)構(gòu)參數(shù)與光學(xué)參數(shù)均對(duì)其性能有關(guān)鍵的影響。
圖2 MXene/PU復(fù)合材料的物理與熱機(jī)械性能。
圖3 MXene/PU復(fù)合材料的光響應(yīng)行為。
圖4 MXene/PU復(fù)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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