塑料有了復雜變形記憶
①一只折疊好的“紙船”放到熱水里,短短幾秒鐘,它重新舒展又收縮,變形成了一只“鳥”??茖W家說,他們曾在紙船中植入過“鳥”的形狀記憶,溫度讓它恢復了記憶。這張“紙”,是浙江大學化學工程與生物工程學院研發(fā)團隊最新研發(fā)的一種新型的形狀記憶塑料。
②新型形狀記憶塑料,學術上稱為形狀記憶聚合物,是一類能夠固定臨時形狀并且在外界刺激下恢復到初始形狀的智能材料。
③為什么這種塑料能被植入復雜“形狀記憶”呢?傳統(tǒng)的形狀記憶塑料,從永久形狀變成臨時形狀發(fā)生的是彈性形變,從微觀看,分子之間的連接關系并未斷裂。而研發(fā)者在設計這種新型形狀記憶材料的過程中,加入了一種可交換共價鍵,重組分子間的連接關系。這就意味著整個分子網絡可以被重新組合,就像很多分子手拉手在跳一支“集體舞”。當處于較高的溫度時,分子之間相互“換手”,找到了新的伙伴,產生了新的“隊形”,也就是塑性形變產生永久記憶。當處于較低溫度時,分子之間不會“放手”,無論怎么折疊,都是彈性形變產生的臨時形狀。
④而正是這種“換手”,讓新型的形狀記憶塑料具備了不斷被植入復雜形狀記憶的性能。更重要的是植入新形狀的過程不是“擦除”之前的永久形狀,而是將新形狀疊加到其中,這種特殊的性能使其實現(xiàn)了形狀記憶累積。
⑤利用新型記憶塑料的形狀累積效應,可以制備目前加工方法無法實現(xiàn)的復雜形狀。在此之前,傳統(tǒng)的記憶塑料已經被廣泛應用于飲料瓶包裝、電線制作等。但因受制于模具制造的限制,不能實現(xiàn)從簡單的臨時形狀變成復雜的永久形狀。
⑥新型記憶塑料的這種“簡單變復雜”,具有很高的實用價值。例如,利用這種材料制成心臟支架,當它到達植入“目的地”以后,再舒展成為一個復雜的三維形狀。從材料本身而言,這項技術已經較為成熟,科學家期待這一材料能早日應用于生物醫(yī)療等領域。
⑦變形在自然界很普遍,也很多樣,捕蠅草的捕蠅、向日葵的轉向等都是經典的例子。自然界的這些變形現(xiàn)象給研發(fā)團隊的研究帶來了很多啟示。他們的研究方向基本集中在多功能智能高分子材料,尤其偏重在外界刺激下能變形的材料。研發(fā)團隊還希望在智能高分子的合成過程中,引入數(shù)字化概念,即通過電腦控制實現(xiàn)高分子合成中的功能控制。
⑧對于智能材料的研究,我國這些年進步很大,不少研究已經達到國際水平,個別方向甚至處于領先地位。但總體而言,我們的很多研究還是禁錮于傳統(tǒng)思維,顛覆性的概念太少,這一點隨著觀念的改變正逐漸改善。
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