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  傳統(tǒng)的電子設(shè)備，新興的可穿戴電子設(shè)備和軟體機(jī)器人等，普遍具有恒定的力學(xué)狀態(tài)，不會(huì)隨時(shí)間或工作條件變化而改變。然而靜態(tài)力學(xué)特征越來越無法滿足復(fù)雜場(chǎng)景的應(yīng)用需求。相比于傳統(tǒng)的剛性材料或軟質(zhì)材料，力學(xué)性能可轉(zhuǎn)變的動(dòng)態(tài)材料可以適應(yīng)較為復(fù)雜的外部環(huán)境，按需實(shí)現(xiàn)剛度等力學(xué)性能轉(zhuǎn)變，在智能柔性電子，可重構(gòu)設(shè)備以及人造肌肉等領(lǐng)域顯示出巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。然而目前基于其它機(jī)理的力學(xué)轉(zhuǎn)變策略，比如動(dòng)態(tài)共價(jià)或非共價(jià)鍵、刺激響應(yīng)材料、玻璃化轉(zhuǎn)變等等，普遍無法實(shí)現(xiàn)較大程度的力學(xué)轉(zhuǎn)變，從而限制了其在復(fù)雜環(huán)境中的應(yīng)用。因此，如何在力學(xué)可轉(zhuǎn)變體系中實(shí)現(xiàn)更大程度的剛度或模量改變是仍需解決的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。

  鑒于此，近日，四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院楊偉教授團(tuán)隊(duì)利用結(jié)晶性聚合物的結(jié)晶-熔融或熔融-結(jié)晶可逆轉(zhuǎn)變特性，提出了相變介導(dǎo)的力學(xué)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變凝膠，即通過結(jié)晶性聚合物在熱刺激下的相轉(zhuǎn)變來控制凝膠宏觀力學(xué)性能轉(zhuǎn)變。采用原位聚合交聯(lián)策略，以熔融狀態(tài)下的聚乙二醇（PEG）為凝膠介質(zhì)，熱引發(fā)誘導(dǎo)前驅(qū)液形成三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)將PEG束縛其中，得到動(dòng)態(tài)相變凝膠（圖1）。由于相變材料物理狀態(tài)的變化（固-液或液-固），復(fù)合凝膠在相變前后能夠發(fā)生10⁵級(jí)別的模量轉(zhuǎn)變，同時(shí)三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)含量可用于調(diào)控相變凝膠力學(xué)轉(zhuǎn)變程度，從而使得可根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景的要求，按需調(diào)控其動(dòng)態(tài)力學(xué)轉(zhuǎn)變。相關(guān)工作以“Phase Change Mediated Mechanically Transformative Dynamic Gel for Intelligent Control of Versatile Devices”為題發(fā)表在Materials Horizons（DOI: 10.1039/D0MH02069A）上。

圖1.動(dòng)態(tài)相變凝膠的制備以及相應(yīng)的力學(xué)轉(zhuǎn)變。

  采用原位聚合交聯(lián)策略實(shí)現(xiàn)了三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)對(duì)相變材料的原位封裝，可防止相變材料在熔融狀態(tài)下發(fā)生泄漏，同時(shí)又能帶來力學(xué)均一性。動(dòng)態(tài)熱行為和熱機(jī)械性能表征證明了動(dòng)態(tài)相變凝膠在溫度刺激下會(huì)發(fā)生可逆的結(jié)晶熔融轉(zhuǎn)變，從而引起模量最高達(dá)10⁵級(jí)別轉(zhuǎn)變。此外，由于交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)會(huì)對(duì)相變材料的結(jié)晶有一定的抑制作用，通過調(diào)控交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)含量，可控制相變凝膠的結(jié)晶程度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)相變凝膠不同程度的力學(xué)轉(zhuǎn)變，以適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

圖2.相變凝膠的熱力學(xué)表征。

  本工作提出了一種可用于控制復(fù)合材料力學(xué)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變的通用策略。作者也展示了基于該策略的力學(xué)轉(zhuǎn)變動(dòng)態(tài)凝膠在界面粘附，形狀記憶抓手以及溫度預(yù)警傳感器等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

圖3.動(dòng)態(tài)相變凝膠在熱界面粘附中的應(yīng)用

圖4.相變凝膠在仿生抓手方面的應(yīng)用

圖5.動(dòng)態(tài)相變凝膠在高溫預(yù)警傳感器方面的應(yīng)用

  論文的第一作者為四川大學(xué)博士生趙星，通訊作者為四川大學(xué)楊偉教授和柯凱副研究員。研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（51873126， 52003170）的資助與支持。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1039/D0MH02069A

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