北航刘明杰教授团队开发出高形变特性的形状记忆油水凝胶材料

2017-06-28 09:38:13 作者：本网发布来源：高分子凝胶前沿研究进展分享至：

形状记忆聚合物可根据需要重复设定一种或多种临时形状，因此在航空航天电子以及生物医学和材料工程领域有着广泛的应用前景，从而吸引了科学界的关注。通常形状记忆聚合物的设计策略主要依靠两种不同的组分：（1）弹性聚合物网络，用于恢复材料的永久形状；（2）可逆响应性聚合物链段，用于固定其临时形状。由于固态聚合物网络的高密度交联位点，导致聚合物链移动性差，因此大多数形状记忆聚合物不具有高应变能力和韧性，这一点严重限制了其应用。目前报道的可拉伸的形状记忆聚合物可完全恢复形变无法超过1000％。另一方面，虽然在固态聚合物网络中加入溶剂作为分散相形成凝胶材料可显著提高其形变量，但网络溶剂化会削弱聚合物链段的可逆行为，比如，玻璃化转变等。同时，网络溶剂化也降低了网络交联密度，导致材料力学性能下降。

近日，北京航空航天大学化学学院刘明杰教授团队通过在凝胶材料中引入二元协同网络的概念，成功研发了一种具有高形变特性的形状记忆油水凝胶材料。他们利用油水两相体系，通过乳化得到均匀稳定的乳液体系并原位聚合，得到了以水凝胶作为连续相和油凝胶作为分散相的异质网络。

图1油水凝胶的制备及结构表征：A.凝胶应用单体的分子结构式及纳米粘土的示意图；B.油水凝胶结构示意图；C.油水凝胶激光共聚焦显微镜表征，从左到右分别是水凝胶网络（红色）、有机凝胶微区（绿色）和油水凝胶网络，标尺为20μm；D.油水凝胶在水中（左）和油中（右）的不溶胀性能。

在油水凝胶体系中，相变特性的油凝胶微区和弹性水凝胶网络为材料提供了良好的热响应机械性能和形状记忆特性。同时，来自凝胶异质结构的界面张力可以有效提高该凝胶材料的韧性和形状恢复性能。因此，在形状记忆过程中，该凝胶材料在拉伸应变高达2600%的条件下可固定其临时形状，并能根据需要完全恢复其原始形状。本工作也实现了油水凝胶材料的多重形状记忆行为和表面图案化构筑。而且，基于油水凝胶异质网络结构的自我限制，该油水凝胶体系体现了油水两相下的不溶胀行为，这对凝胶在多种分散相体系的应用具有重要意义。