塑料有了復(fù)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(fù)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(shù)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(fù)到初始形狀的智能材料。
③為什么這種塑料能被植入復(fù)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(guān)系并未斷裂。而研發(fā)者在設(shè)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(guān)系。這就意味著整個分子網(wǎng)絡(luò)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(chǎn)生了新的“隊形”,也就是塑性形變產(chǎn)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(chǎn)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(fù)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(yīng),可以制備目前加工方法無法實現(xiàn)的復(fù)雜形狀。在此之前,傳統(tǒng)的記憶塑料已經(jīng)被廣泛應(yīng)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(fù)雜的永久形狀。
⑥新型記憶塑料的這種“簡單變復(fù)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(fù)雜的三維形狀。從材料本身而言,這項技術(shù)已經(jīng)較為成熟,科學家期待這一材料能早日應(yīng)用于生物醫(yī)療等領(lǐng)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(zhuǎn)向等都是經(jīng)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(jīng)達到國際水平,個別方向甚至處于領(lǐng)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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