鑽石舞台

創新點：中科院蘭州化物所研究者們使用硫醇點擊反應對聚合物互穿網絡的交聯密度進行調控，成功製備了一系列性能可調、形狀記憶性能優異的材料。後續還使用還原氧化石墨烯對其改性，賦予其可3D打印、近紅外響應形狀記憶和近紅外驅動性能。

關鍵詞：Macromolecular Materials and Engineering，近紅外響應形狀記憶，互穿網絡，蘭州化物所

具有刺激相應性能的形狀記憶聚合物由於可實現對外部環境刺激的反饋響應，能夠在不同條件下以不同的形態和對應的性能工作，因此在很多領域都有廣泛的應用前景。光響應形狀記憶聚合物可以實現遠程的光控形變，在提高非接觸式形變精確性控制的同時還能夠避免現有的熱響應類形狀記憶聚合物材料由於熱傳導存在的傳導滯後和傳導不均帶來的形變精確度不高的問題，因此吸引了人們極大的研究興趣。當前關於光響應形狀記憶聚合物的研究仍然存在着可實現功能單一、力學性能差、光響應驅動應力低等問題。如果能夠在現有基礎上有效提高光響應形狀記憶聚合物的這些性能，它的相關應用將得到極大的拓展。

中科院蘭州化物所研究者們針對這一問題在已有的研究基礎上對近紅外響應的形狀記憶聚合物進行了進一步研究：通過互穿網絡的形式將液晶聚氨酯和液晶聚丙烯酸酯結合在一起，用硫醇點擊反應對材料的整體力學性能進行調控，再結合具有近紅外光熱轉化性能的還原氧化石墨烯對其改性，成功製備了一種具有可3D打印、近紅外響應形狀記憶和近紅外驅動性能的聚合物複合材料。相關成果發表在Macromolecular Materials and Engineering上。

由於液晶聚氨酯和液晶聚丙烯酸酯形成的聚合物互穿網絡結合了兩種液晶彈性體的性能，得益於它們之間的協同作用，製備的互穿網絡材料的力學性能和形狀記憶性能都得到了大幅提高，互穿網絡材料的斷裂拉伸強度達到了21.3MPa，遠高於單一的液晶聚氨酯和液晶聚丙烯酸酯。在製備互穿網絡材料的時候，使用的二元硫醇和四元硫醇的比例不同會引起互穿網絡中整體的交聯密度變化，通過控制兩種硫醇的比例實現了對互穿網絡材料的力學性能和形狀記憶性能的調控。為了賦予互穿網絡材料光響應性能，使用還原氧化石墨烯對其進行了改性，並探究了還原氧化石墨烯的摻雜量對複合材料的力學性能的影響。得到的複合材料斷裂拉伸強度雖然下降了，但仍然保持在一個相對較高的水平，約為16.3MPa。這種經過還原氧化石墨烯改性的複合材料具有優異的近紅外響應性能，其表面溫度能在1W/cm2的近紅外激光照射下在20s內升至80℃，從而驅動液晶互穿網絡作出響應。在近紅外響應驅動實驗中，該材料能夠在近紅外激光的間歇性輻照下產生高達0.8MPa的可逆應力，在多個循環後仍然未見明顯下降，具有較好的穩定性。使用3D打印技術對聚合物複合材料進行精確加工，得到的網格狀結構在高於Tg的溫度下變形到臨時形狀，在室溫下固定到臨時形狀，然後使用近紅外激光輻照變形後的結構，能夠觀察到變形後的結構的形狀回復過程與近紅外激光的移動路徑呈現高度相關性。因此，該材料的形狀回復過程可以通過近紅外激光的移動路徑進行編程。該材料表現出優異的近紅外響應形狀記憶性能，可以產生高達0.8MPa的近紅外誘導可逆應力，以及可以實現光控形變編程，未來在傳感器、航空航天和微電子器件等領域。本文第一作者為博士研究生龔俊輝，通訊作者為王齊華研究員和張耀明研究員。