古往今來(lái)，透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)的故事比比皆是。牛頓看到蘋果落地而發(fā)現(xiàn)其本質(zhì)——萬(wàn)有引力；法拉第看到小磁針在通電導(dǎo)線旁發(fā)生偏轉(zhuǎn)而發(fā)現(xiàn)其本質(zhì)——電磁感應(yīng)；愛(ài)因斯坦觀察到光打在金屬電路上產(chǎn)生電流而發(fā)現(xiàn)其本質(zhì)——光電效應(yīng)。站在巨人的肩膀上，從看高分子本質(zhì)到用高分子本質(zhì)，一種新的形變策略孕育而生。
最近，浙江大學(xué)高分子系計(jì)劍課題組沈介澤等人充分利用高分子粘彈性本質(zhì)，用一種及其簡(jiǎn)單新穎的方法實(shí)現(xiàn)了材料空間差異化的連續(xù)精準(zhǔn)調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)三維形變結(jié)構(gòu)的連續(xù)精準(zhǔn)控制。
樸實(shí)無(wú)華的新形變機(jī)理
在創(chuàng)造形狀記憶效應(yīng)(SME)時(shí),他們利用不同時(shí)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(qū)域。由于聚合物粘彈性，不同區(qū)域的分子鏈松弛狀態(tài)不同即內(nèi)應(yīng)力分布不均勻，在均勻熱激活下不同區(qū)域恢復(fù)率不同從而釋放內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生各種三維結(jié)構(gòu)。這種截然不同的策略通過(guò)無(wú)極調(diào)節(jié)聚合物熱歷史產(chǎn)生連續(xù)可調(diào)的精準(zhǔn)物理圖案化信息。另外，在一個(gè)高溫下退火處理可以消除不同區(qū)域的熱歷史差異，使材料能被重新編輯并且可以多次調(diào)節(jié)以適用于實(shí)際環(huán)境。更重要的是，這種方法不僅僅適用于Nafion/PDA，而且還適用于其他熱響應(yīng)的SMPs。
意想不到的編輯手段——光
與以往的光作為刺激響應(yīng)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(zhǎng)度(strain)并且在室溫下固定?；赑DA的光熱轉(zhuǎn)化能力，在保持應(yīng)變下用808nm近紅外光進(jìn)行照射，使光照區(qū)域溫度超過(guò)Td達(dá)到Tp-t。這樣光照區(qū)域與非光照區(qū)域就有了不同分子鏈狀態(tài)，在恢復(fù)溫度Tr下不同區(qū)域的恢復(fù)率不同從而釋放內(nèi)壓力產(chǎn)生形變。
獨(dú)特的形變性能——可連續(xù)調(diào)控可重新編輯
研究者調(diào)控Td，Tr，Tp-t和strain四個(gè)因素連續(xù)調(diào)控形變量，如下圖所示。形變量隨Tr增加先變大后變小，隨strain，Tp-t單調(diào)遞增，隨Td單調(diào)遞減。突破了圖案化方法不能連續(xù)調(diào)控形變信息的瓶頸。
基于這種較好的精準(zhǔn)調(diào)控，他們?cè)O(shè)計(jì)了不同圖案化信息得到了可預(yù)計(jì)的三維結(jié)構(gòu)。
另外，連續(xù)調(diào)控的特點(diǎn)使研究者能在一個(gè)連續(xù)變化的因素下得到動(dòng)態(tài)形變，并且能在變化過(guò)程中固定想要的形狀。
最后由于該策略編輯的是物理圖案，因此在合適的高溫下材料內(nèi)的幾何信息能被擦除，實(shí)現(xiàn)重復(fù)編輯。
總之，本研究開(kāi)創(chuàng)了一種新的形變編輯策略，利用高分子本質(zhì)通過(guò)對(duì)形狀記憶聚合物熱歷史的物理調(diào)制來(lái)編輯幾何信息。該方法不僅具有以往策略的優(yōu)點(diǎn)，而且具有獨(dú)特的能力。不同區(qū)域異質(zhì)性的連續(xù)調(diào)節(jié)使所獲得的三維結(jié)構(gòu)能無(wú)限變化，提供了生成更準(zhǔn)確更精細(xì)結(jié)構(gòu)的可能性。此外，近紅外激光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(nèi)重新編碼。
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