形狀記憶聚合物可根據(jù)需要重復(fù)設(shè)定一種或多種臨時(shí)形狀，因此在航空航天電子以及生物醫(yī)學(xué)和材料工程領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，從而吸引了科學(xué)界的關(guān)注。通常形狀記憶聚合物的設(shè)計(jì)策略主要依靠?jī)煞N不同的組分：（1）彈性聚合物網(wǎng)絡(luò)，用于恢復(fù)材料的永久形狀；（2）可逆響應(yīng)性聚合物鏈段，用于固定其臨時(shí)形狀。由于固態(tài)聚合物網(wǎng)絡(luò)的高密度交聯(lián)位點(diǎn)，導(dǎo)致聚合物鏈移動(dòng)性差，因此大多數(shù)形狀記憶聚合物不具有高應(yīng)變能力和韌性，這一點(diǎn)嚴(yán)重限制了其應(yīng)用。目前報(bào)道的可拉伸的形狀記憶聚合物可完全恢復(fù)形變無(wú)法超過(guò)1000％。另一方面，雖然在固態(tài)聚合物網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)溶劑化會(huì)削弱聚合物鏈段的可逆行為，比如，玻璃化轉(zhuǎn)變等。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)溶劑化也降低了網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)密度，導(dǎo)致材料力學(xué)性能下降。

    近日，北京航空航天大學(xué)化學(xué)學(xué)院劉明杰教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)在凝膠材料中引入二元協(xié)同網(wǎng)絡(luò)的概念，成功研發(fā)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(guò)乳化得到均勻穩(wěn)定的乳液體系并原位聚合，得到了以水凝膠作為連續(xù)相和油凝膠作為分散相的異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)。

    圖1油水凝膠的制備及結(jié)構(gòu)表征：A.凝膠應(yīng)用單體的分子結(jié)構(gòu)式及納米粘土的示意圖；B.油水凝膠結(jié)構(gòu)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(wǎng)絡(luò)（紅色）、有機(jī)凝膠微區(qū)（綠色）和油水凝膠網(wǎng)絡(luò)，標(biāo)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(qū)和彈性水凝膠網(wǎng)絡(luò)為材料提供了良好的熱響應(yīng)機(jī)械性能和形狀記憶特性。同時(shí)，來(lái)自凝膠異質(zhì)結(jié)構(gòu)的界面張力可以有效提高該凝膠材料的韌性和形狀恢復(fù)性能。因此，在形狀記憶過(guò)程中，該凝膠材料在拉伸應(yīng)變高達(dá)2600%的條件下可固定其臨時(shí)形狀，并能根據(jù)需要完全恢復(fù)其原始形狀。本工作也實(shí)現(xiàn)了油水凝膠材料的多重形狀記憶行為和表面圖案化構(gòu)筑。而且，基于油水凝膠異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的自我限制，該油水凝膠體系體現(xiàn)了油水兩相下的不溶脹行為，這對(duì)凝膠在多種分散相體系的應(yīng)用具有重要意義。

    圖2油水凝膠的形狀記憶行為： A.70℃下，油水凝膠完全可恢復(fù)形變高達(dá)2600%；B.油水凝膠經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單加工，恢復(fù)永久形狀過(guò)程中，模擬植物開(kāi)花行為；C.利用油水凝膠的形狀記憶性能，進(jìn)行可逆的表面圖案化加工；D.引入多種具有不同相變溫度的油相，賦予油水凝膠多重形狀記憶效應(yīng)。

    結(jié)合高應(yīng)變特性，高彈性模量和形狀記憶，該油水凝膠將在軟體機(jī)器人，柔性電子及生物醫(yī)學(xué)器件等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。該項(xiàng)研究成果發(fā)表在新一期的《Advanced Materials》，第一作者是博士研究生趙紫光。此項(xiàng)研究受國(guó)家自然科學(xué)基金及千人計(jì)劃的支持，特此感謝。

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