古往今來，透過現象看本質的故事比比皆是。牛頓看到蘋果落地而發現其本質——萬有引力；法拉第看到小磁針在通電導線旁發生偏轉而發現其本質——電磁感應；愛因斯坦觀察到光打在金屬電路上產生電流而發現其本質——光電效應。站在巨人的肩膀上，從看高分子本質到用高分子本質，一種新的形變策略孕育而生。
最近，浙江大學高分子系計劍課題組沈介澤等人充分利用高分子粘彈性本質，用一種及其簡單新穎的方法實現了材料空間差異化的連續精準調控，從而實現三維形變結構的連續精準控制。
樸實無華的新形變機理
在創造形狀記憶效應(SME)時,他們利用不同時溫條件編輯形狀記憶聚合物(SMPs) ——聚多巴胺修飾(PDA)的Nafion的不同區域。由於聚合物粘彈性，不同區域的分子鏈鬆弛狀態不同即內應力分布不均勻，在均勻熱激活下不同區域恢復率不同從而釋放內應力產生各種三維結構。這種截然不同的策略通過無極調節聚合物熱歷史產生連續可調的精準物理圖案化信息。另外，在一個高溫下退火處理可以消除不同區域的熱歷史差異，使材料能被重新編輯並且可以多次調節以適用於實際環境。更重要的是，這種方法不僅僅適用於Nafion/PDA，而且還適用於其他熱響應的SMPs。
圖1. 物理圖案化過程中不同區域內應力演變示意圖
圖2. 不同時溫條件下內應力差異
圖3. 不同時溫條件SME差異
意想不到的編輯手段——光
與以往的光作為刺激響應因素不同，他們首次利用光作為編輯手段。將Nafion/PDA平面材料在溫度Td下拉伸到合適長度(strain)並且在室溫下固定。基於PDA的光熱轉化能力，在保持應變下用808nm近紅外光進行照射，使光照區域溫度超過Td達到Tp-t。這樣光照區域與非光照區域就有了不同分子鏈狀態，在恢復溫度Tr下不同區域的恢復率不同從而釋放內壓力產生形變。
圖4. 物理圖案化過程示意圖
獨特的形變性能——可連續調控可重新編輯
研究者調控Td，Tr，Tp-t和strain四個因素連續調控形變量，如下圖所示。形變量隨Tr增加先變大後變小，隨strain，Tp-t單調遞增，隨Td單調遞減。突破了圖案化方法不能連續調控形變信息的瓶頸。
圖5. 不同因素對形變量的調控
基於這種較好的精準調控，他們設計了不同圖案化信息得到了可預計的三維結構。
圖6. 具有不同圖案化信息的三維形變
另外，連續調控的特點使研究者能在一個連續變化的因素下得到動態形變，並且能在變化過程中固定想要的形狀。
圖7. 連續調控下的動態變化
最後由於該策略編輯的是物理圖案，因此在合適的高溫下材料內的幾何信息能被擦除，實現重複編輯。
圖8. 物理圖案的擦拭與重新編輯
總之，本研究開創了一種新的形變編輯策略，利用高分子本質通過對形狀記憶聚合物熱歷史的物理調製來編輯幾何信息。該方法不僅具有以往策略的優點，而且具有獨特的能力。不同區域異質性的連續調節使所獲得的三維結構能無限變化，提供了生成更準確更精細結構的可能性。此外，近紅外雷射編碼的物理圖案可以被擦除和重新編程，允許幾何信息在同一材料內重新編碼。
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsami.0c08995
來源：高分子科學前沿
聲明：僅代表作者個人觀點，作者水平有限，如有不科學之處，請在下方留言指正！