一月新闻排行

浙大研发新型塑料可不断植入形状“记忆”

发布时间:2016-01-09来源:浙大新闻办作者:周炜 周立超浏览次数:35201

在温水中恢复记忆的材料

    一只折叠好的“纸船”放到热水里,短短几秒钟,它重新舒展又收缩,变形成了一只“鸟”。科学家说,他们曾在纸船中植入过“鸟”的记忆,温度让它恢复了记忆。
    
    
这张“纸”,是浙江大学浙大化学工程与生物工程学院教授、国家“千人计划”学者谢涛课题组最新研发的一种新型的形状记忆塑料,它在国际上首次实现了复杂可变形“折纸”。它能被多次“植入”复杂形状记忆,实现多样的形变。
    
    
论文《Shape Memory Polymer Network with Thermally Distinct Elasticity and Plasticity》美国当地时间2016年1月8日14:00日在Science Advances (Science子刊)上在线发表后,即刻引发《华尔街日报》、《科学》杂志在线新闻、《Popular Mechanics》等媒体的广泛关注与报道。
    
    
形状记忆塑料,学术上称为形状记忆聚合物(shape memory polymer, SMP),是一类能够固定临时形状并且在外界刺激下能够回复到初始形状的智能材料,在柔性电子、生物医学和航空航天等领域展示出越来越广的应用前景。谢涛说,形状记忆材料大家并不陌生,但是,它从永久形状变成临时形状发生的是弹性形变。从微观看,变形过程中分子之间的连接关系并未断裂。“也就是说,传统的形状记忆材料制有一个‘永久记忆’。”
    
    为什么这种新型塑料能被植入复杂“形状记忆”呢?“我们在设计形状记忆材料的过程中,加入了一种可交换共价键,重组了分子间的连接关系。在论文中,我们进一步阐明了这类新材料相比传统形状记忆无可比拟的新性能,这是我们学术上最大的创新。”
    
    
谢涛解释:“引入可交换化学键,意味着整个分子网络可以被重新组合,这相当于很多分子手拉手跳一支‘集体舞’,当处于较高的温度时,分子之间相互‘换手’,找到了新的伙伴,产生了新的‘队形’,也就是塑性形变产生永久记忆。当处于较低温度时,分子之间不会‘放手’,无论怎么折叠,都是弹性形变产生的临时形状。”
    
    
论文第一作者赵骞副教授说,正是这种“换手”,让新型的形状记忆塑料有不断被植入复杂形状记忆的性能。更重要的是,植入新形状的过程不是“擦除”之前的永久形状,而是将新形状叠加到其中,称之为形状累积效应。利用这种效应,可以制备目前加工方法无法实现的复杂形状。
    
    杂志评审专家认为:“这项研究是形状记忆聚合物领域的重要突破,从本质上加深了人们对其的认识,为这种材料的设计与加工提供了全新的指导。”
    
    在此之前,记忆塑料已经被广泛用于饮料瓶包装、电线制作等。“受制于模具制造的限制,之前的技术只能实现从复杂的临时形状变回简单永久形状。但难以实现从简单的临时形状变成复杂的永久形状。”
    
    
在实际应用过程中,“简单变复杂”或者“复杂变复杂”更具有实用价值和应用前景,科学家期待这一材料能早日于生物医疗或柔性电子领域。“比如心脏支架,我们希望它在在到达植入‘目的地’以后,它可以舒展成为一个复杂三维形状。”谢涛说。
    
    (点击查看视频《用温度“折纸”》)
    

    (文 周炜/摄影 周立超)