浙江大学《Nature》：具有可编程恢复功能的4D形状记忆聚合物

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分类：行业动态
发布时间：2023-09-18 18:42
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2023年9月13日，浙江大学谢涛、赵骞等研究人员在《Nature》上发表题为Shape memory polymer with programmable recovery onset的研究论文，报道了通过相分离操作的4D可打印形状记忆水凝胶，实现了自然触发和可控变相的耦合，使其形状转变动力学由内部质量扩散主导。

原文链接：

//doi.org/10.1038/s41586-023-06520-8

研究简介

刺激响应的变形聚合物在新兴应用中显示出独特的前景，其中包括软机器人、医疗设备、航空航天结构和柔性电子产品，其外部触发的变形行为为许多设备应用提供了必要的可控性。但如何在现实场景下访问外部触发器(例如加热或光)成为植入式医疗设备等应用的最大瓶颈。某些可变形聚合物依赖于自然存在的刺激作为触发因素(如植入设备的人体温度)，虽不需要外部刺激，但同时也使人失去了控制其恢复的能力。自然触发但又能主动控制的变形行为是人们所追求的，但这两个属性往往相互冲突。

本文采用一种通过相分离操作的4D可打印形状记忆水凝胶成功实现了这一目标，其形状移动动力学由内部质量扩散主导，而不是由普通形状记忆聚合物的热传递主导。这种水凝胶可以在自然环境温度下发生形状变化，并具有临界的恢复起始延迟。这种延迟可通过在器件编程期间改变相分离程度来编程，为变形控制提供了一种独特的机制，使得自然触发形状记忆聚合物具有可调的恢复起始点，显着降低了功能障碍。

图1 具有可编程恢复启动的自然触发SMP。

图2 自然触发形状记忆并延迟恢复的机制。

图3 恢复起始周期的调制及其经典热响应式SMP的推广。

图4 4D可打印形状记忆水凝胶的装置演示。

研究结论

本文以易于控制的方式实现了自然触发和可控变相的耦合的多用途形状记忆行为。潜在的相分离机制允许从普通SMP热输运主导过程的形状变换解耦，由此产生的可编程启动延迟为SMP提供了在恢复过程中独特的控制机制。同时其内部质量扩散机制也不同于其他形状记忆水凝胶，这提供了进一步的自由度。本研究所描述的原理可潜在地启发其他类型变形材料的未来设计。

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