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寧波大學(xué)趙傳壯和天津工業(yè)大學(xué)張佳瑋 Soft Matter: 具有可重塑永久形狀和可編程冷誘導(dǎo)形變的形狀記憶水凝膠
2024-01-05  來源：高分子科技

  具有冷致形變功能的形狀記憶水凝膠可以在高溫時(shí)提升模量、固定臨時(shí)形狀，冷卻時(shí)降低模量、回復(fù)至初始形狀。近期，寧波大學(xué)趙傳壯課題組提出了一種新穎的形狀記憶水凝膠（2CH-gel）。研究者以二乙烯三胺（DETA）作為動(dòng)態(tài)交聯(lián)劑制備聚丙烯酸（PAA）水凝膠，通過醋酸鈣（Ca(Ac)2）浸泡處理，得到了具有可重塑永久形狀和可編程冷誘導(dǎo)形變的形狀記憶水凝膠。在此材料中，聚合物鏈和乙酸基團(tuán)的電荷輔助疏水聚集使水凝膠可在加熱時(shí)固定臨時(shí)形狀，冷卻后發(fā)生解聚集實(shí)現(xiàn)形狀回復(fù)。PAA和DETA之間的電荷輔助氫鍵賦予水凝膠自愈合特性，借助自愈合特性，可以對(duì)材料進(jìn)行拼圖式的形狀編輯，從而實(shí)現(xiàn)了形狀記憶功能的靈活設(shè)計(jì)（圖1）。通過調(diào)整浸泡的Ca(Ac)2濃度，可以調(diào)節(jié)形狀回復(fù)速率，從而賦予材料時(shí)空可編輯的形狀記憶功能。


圖1. 2CH-gel 的形狀編輯功能和機(jī)理


  該材料可用作包裝保護(hù)材料。將2CH-gel薄膜裁剪成拉脹結(jié)構(gòu)，可適應(yīng)不同形狀的物體表面（圖2）。利用材料邊緣的自愈合可以形成封閉式結(jié)構(gòu)，通過加熱可以得到形成堅(jiān)固的硬化結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出卓越的沖擊保護(hù)功能，可制作成保護(hù)殼，使得內(nèi)部填充物免受沖擊損壞（圖2）。這使得材料在柔性設(shè)備和運(yùn)動(dòng)保護(hù)方面具有潛在應(yīng)用價(jià)值。


圖2. 具有可編輯形狀的2CH-gel 的作為抗沖擊材料的展示


  以上相關(guān)成果發(fā)表在Soft Matter上。論文的第一作者為寧波大學(xué)碩士研究生吳欣俊，通訊作者為寧波大學(xué)趙傳壯教授和天津工業(yè)大學(xué)張佳瑋教授。該工作受到國家自然科學(xué)基金的資助。


  近年來，寧波大學(xué)趙傳壯課題組在氫鍵締合構(gòu)筑刺激響應(yīng)性聚合物方面取得了一系列研究進(jìn)展，提出了氫鍵聚集構(gòu)筑溫敏性發(fā)光聚合物和變色發(fā)光系統(tǒng)的新方法（Macromolecules 2022，55，8599；Macromolecules 2023，56，4278；Sci. China Chem. 2021, 64, 1770），開辟了疏水強(qiáng)化氫鍵、偶極強(qiáng)化氫鍵、手性調(diào)控、二級(jí)結(jié)構(gòu)調(diào)控等構(gòu)建具有上臨界溶解溫度的溫敏性聚合物的新途徑（Macromolecules 2019，52，4441； Macromolecules 2021，54，7963； Macromolecules 2022，55，3801；Biomacromolecules 2022, 23, 1291；Biomacromolecules 2023, 24, 3283），建立了多重氫鍵作用協(xié)同、氫鍵-主客體作用協(xié)同、氫鍵-離子-疏水作用協(xié)同構(gòu)筑水凝膠驅(qū)動(dòng)器、粘合劑、人工肌肉和沖擊防護(hù)材料的新策略（Chem. Mater. 2021, 33, 8351；Chem. Mater.  2022, 34,  8740； Sci. China Mater. 2021, 65, 2274 ；Soft Matter 2024, DOI: 10.1039/d3sm01429k)。


  論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/sm/d3sm01429k

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