形狀記憶聚合物（SMPs）作為一種智能材料能夠感知外部刺激并產(chǎn)生響應(yīng)驅(qū)動，具有質(zhì)量輕、成本低、易賦形、變形量大等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于航空航天、柔性電子、生物醫(yī)療等領(lǐng)域。面向航天航空領(lǐng)域中極端高溫環(huán)境的應(yīng)用，對智能材料的變形溫度以及耐熱性提出了更嚴(yán)苛的要求。近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)冷勁松院士團隊在《Chemical Engineering Journal》上發(fā)表了題為《An End-capping Strategy for Shape Memory Phthalonitrile Resins via Annealing Enables Conductivity and Wave-absorption》的研究論文，博士生胡容祥為第一作者，冷勁松院士和張風(fēng)華研究員為共同通訊作者。論文報道了一種基于封端策略調(diào)控交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)密度的耐高溫形狀記憶鄰苯二甲腈樹脂（SMPN），兼具耐高溫（Td5＞445℃）、耐燒蝕、可高溫硬化、退火石墨化后具備導(dǎo)電吸波等特性，集多種功能于一體，有望推進形狀記憶智能材料向高溫領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展。
鄰苯二甲腈樹脂是近年來發(fā)展起來的一種高性能樹脂，具有高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。然而，鄰苯二甲腈樹脂中致密的芳雜環(huán)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)束縛了分子鏈段在高溫橡膠態(tài)下的運動，使樹脂在高溫下剛性較大無法進行彈性變形，是鄰苯二甲腈樹脂在形狀記憶智能材料領(lǐng)域應(yīng)用的瓶頸之一。作者提出了一種封端策略調(diào)控交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)密度的方法，以單官能度鄰苯二甲腈單體為封端劑，與雙官能度鄰苯二甲腈單體熔融共聚，實現(xiàn)了鄰苯二甲腈樹脂的形狀記憶性能，為航天航空領(lǐng)域可展開結(jié)構(gòu)高溫環(huán)境下的變形提供了材料基礎(chǔ)。
樹脂在具備形狀記憶特性的同時，仍保持了良好的熱穩(wěn)定性（圖2a-d），SMPN的初始熱分解溫度超過445℃，氮氣氛圍下1000℃的殘?zhí)剂?/span>均在61.4%以上，具有優(yōu)異的耐高溫特性。此外，經(jīng)過惰氣氛圍下的退火處理后，SMPN的結(jié)構(gòu)發(fā)生石墨化，XRD和拉曼光譜表明，在600℃時SMPN即已表現(xiàn)出明顯的石墨化結(jié)構(gòu)，隨著退火溫度的提高，SMPN的石墨化程度進一步加深。
圖2.（a-d）不同封端劑調(diào)控的鄰苯二甲腈樹脂的TGA曲線。（e）不同封端劑調(diào)控的鄰苯二甲腈樹脂的XRD曲線。（f）不同封端劑調(diào)控的鄰苯二甲腈樹脂的拉曼光譜。
圖3. 形狀記憶鄰苯二甲腈樹脂在丁烷火焰下的形狀回復(fù)過程
圖4（a）形狀記憶聚合物材料的變形溫度和高溫殘?zhí)剂繉Ρ葓D。（b）500℃退火處理后SMPN的DMA曲線。（c）退火處理SMPN的電導(dǎo)率變化。（d）退火SMPN的導(dǎo)電性能演示圖。（d）退火SMPN的吸波性能。（f）SMPN的未來應(yīng)用場景示意圖。
該項研究成果獲得了國家自然科學(xué)基金和國家重點研發(fā)計劃的大力支持。
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894724024434
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