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北航劉明杰教授團隊開發出高形變特性的形狀記憶油水凝膠材料

2017-06-28 09:38:13 作者：本網發布來源：高分子凝膠前沿研究進展分享至：

形狀記憶聚合物可根據需要重復設定一種或多種臨時形狀，因此在航空航天電子以及生物醫學和材料工程領域有著廣泛的應用前景，從而吸引了科學界的關注。通常形狀記憶聚合物的設計策略主要依靠兩種不同的組分：（1）彈性聚合物網絡，用于恢復材料的永久形狀；（2）可逆響應性聚合物鏈段，用于固定其臨時形狀。由于固態聚合物網絡的高密度交聯位點，導致聚合物鏈移動性差，因此大多數形狀記憶聚合物不具有高應變能力和韌性，這一點嚴重限制了其應用。目前報道的可拉伸的形狀記憶聚合物可完全恢復形變無法超過1000％。另一方面，雖然在固態聚合物網絡中加入溶劑作為分散相形成凝膠材料可顯著提高其形變量，但網絡溶劑化會削弱聚合物鏈段的可逆行為，比如，玻璃化轉變等。同時，網絡溶劑化也降低了網絡交聯密度，導致材料力學性能下降。

近日，北京航空航天大學化學學院劉明杰教授團隊通過在凝膠材料中引入二元協同網絡的概念，成功研發了一種具有高形變特性的形狀記憶油水凝膠材料。他們利用油水兩相體系，通過乳化得到均勻穩定的乳液體系并原位聚合，得到了以水凝膠作為連續相和油凝膠作為分散相的異質網絡。

圖1油水凝膠的制備及結構表征：A.凝膠應用單體的分子結構式及納米粘土的示意圖；B.油水凝膠結構示意圖；C.油水凝膠激光共聚焦顯微鏡表征，從左到右分別是水凝膠網絡（紅色）、有機凝膠微區（綠色）和油水凝膠網絡，標尺為20μm；D.油水凝膠在水中（左）和油中（右）的不溶脹性能。

在油水凝膠體系中，相變特性的油凝膠微區和彈性水凝膠網絡為材料提供了良好的熱響應機械性能和形狀記憶特性。同時，來自凝膠異質結構的界面張力可以有效提高該凝膠材料的韌性和形狀恢復性能。因此，在形狀記憶過程中，該凝膠材料在拉伸應變高達2600%的條件下可固定其臨時形狀，并能根據需要完全恢復其原始形狀。本工作也實現了油水凝膠材料的多重形狀記憶行為和表面圖案化構筑。而且，基于油水凝膠異質網絡結構的自我限制，該油水凝膠體系體現了油水兩相下的不溶脹行為，這對凝膠在多種分散相體系的應用具有重要意義。