近期，北京大學化學與分子工程學院的陳爾強教授課題組設計了一種新的熱塑性形狀記憶高分子（圖一a）。這種材料以側鏈型液晶高分子的柱狀液晶相結構為基礎，展現出優異的力學性能。沒有采用任何化學交聯，這種高分子能記憶住應變高達600%的臨時形狀，在雙重形狀記憶循環中，其形狀固定率和回復率均超過99%。

    ▲ 圖一為分子的多鏈柱機理（a）及其本體柱狀相結構表征（b，c，d）

    由于存在一個十分寬的液晶轉變溫區，這一側鏈型液晶高分子還表現出突出的多重形狀記憶性能，甚至能在一個形狀記憶循環中高效地記住三個臨時形狀（圖二b）。

    ▲圖二為該分子的三重（a）及四重（b，c）形狀記憶功能

    研究人員認為，在沒有化學交聯的情況下，這一高分子之所以能在大應變的雙重、多重形狀記憶中表現出很高的形狀回復率，是因為其柱狀液晶相提供了一種新的物理交聯機制。

    這一高分子與常見的側鏈型液晶高分子不同，其側鏈并非棒狀而是楔形的。當形成柱狀相時，有著楔形側鏈的幾根高分子鏈會組裝成一根“多鏈超分子柱”，并以此為柱狀相的基本構筑單元。這一束高分子鏈在柱子內部可以發生一定程度的纏繞，也就說可以形成“柱內纏結”結構，從而為體系提供了物理交聯點。當分子量足夠大時，一根高分子鏈就會穿過不同的“多鏈超分子柱”，由此便產生了體系中的網絡結構。

    實驗結果表明，這種網絡非常穩固，能有效防止外部應力作用下的塑性形變，即使是在大形變下也能確保體系保持住給定的網絡結構，從而確保體系可以回到初始形狀。

    形狀記憶高分子是一類相當有趣而有用的材料。它能夠記住特別設定的臨時形狀，而在外部刺激下，它將返回到初始的形狀，即所謂的永久形狀。這種“智能”材料在高等技術和先進制造方面有著巨大的潛在應用。為擁有理想的形狀記憶性能，形狀記憶高分子需要一個牢固的網絡結構來確定永久形狀。

    化學交聯能提供該種網絡，然而其加工性能往往不佳。物理交聯也可以用來構筑網絡結構，以此為基礎，就可以得到熱塑性形狀記憶高分子。然而，物理交聯往往作用力比較弱且結構不穩定，因此設計開發性能優異的熱塑性形狀記憶高分子材料依然充滿挑戰性。

    幾根高分子鏈的成束化導致形成“多鏈超分子柱”，是側鏈高分子的一種新的微相分離形式，也為高分子提供了一種非常獨特的纏結結構，表現出非常有趣的分子排列及動力學特征。除了可用于形狀記憶高分子材料，這種纏結結構還可以用作構建新的熱塑性彈性體，改善高分子材料的力學性能，或是改變高分子熔體的流變行為。

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責任編輯：劉洋

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