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      【北京塑料托盤】分享塑料也有記憶功能!

      文章出處:本站 發表時間:2016-01-14 01:17:24

        【北京塑料托盤新聞網】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。

        【北京塑料托盤】這張“紙”,是浙江大學化學工程與生物工程學院教授、國家“千人計劃”學者謝濤課題組最新研發的一種新型的形狀記憶塑料,它在國際上首次實現了復雜可變形“折紙”,能被多次“植入”復雜形狀記憶,實現多樣的形變。相關論文于1月8日發表在美國的《科學進展》上。

        引入可交換化學鍵,當處于較高溫度時分子就會重新排隊,改變形狀

        【北京塑料托盤】形狀記憶塑料,學術上稱為形狀記憶聚合物(shape memory polymer, SMP),是一類能夠固定臨時形狀并且在外界刺激下回復到初始形狀的智能材料,在柔性電子、生物醫學和航空航天等領域應用前景廣闊。

        【北京塑料托盤】為什么這種塑料能被植入復雜“形狀記憶”呢?謝濤介紹,傳統的形狀記憶塑料,從永久形狀變成臨時形狀發生的是彈性形變,從微觀看,分子之間的連接關系并未斷裂。“而我們在設計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。我們進一步闡明了這類新材料相比傳統形狀記憶無可比擬的新性能,這是我們學術上最大的創新。”

        【北京塑料托盤】謝濤解釋,引入可交換化學鍵,意味著整個分子網絡可以被重新組合,這相當于很多分子手拉手跳一支“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。

        【北京塑料托盤】論文第一作者趙騫副教授說,正是這種“換手”,讓新型的形狀記憶塑料有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,稱之為形狀累積效應。利用這種效應,可以制備目前加工方法無法實現的復雜形狀。

        【北京塑料托盤】雜志評審專家認為:“這項研究是形狀記憶聚合物領域的重要突破,從本質上加深了人們對其的認識,為這種材料的設計與加工提供了全新的指導。”

        技術已較為成熟,科學家期待在先進制造領域實現革命性突破

        【北京塑料托盤】在此之前,記憶塑料已經被廣泛應用于飲料瓶包裝、電線制作等。“受制于模具制造的限制,之前的技術只能實現從復雜的臨時形狀變回簡單永久形狀。但不能從簡單的臨時形狀變成復雜的永久形狀。”

        “簡單變復雜”或者“復雜變復雜”同樣具有很高的實用價值,科學家期待這一材料能早日用于生物醫療或柔性電子領域。“比如心臟支架,我們希望它在到達植入‘目的地’以后,可以舒展成為一個復雜三維形狀。”謝濤說。

        【北京塑料托盤】“從材料本身而言,這項技術已經較為成熟。理論上已可以做出諸如玩具等商品。但作為科學家,我們更關心的是能否實現高附加值應用的革命性突破,這涉及的就不僅僅是材料。目前,限于人力、物力以及想象力,團隊目前的應用嘗試主要集中在先進制造上,比如與清華大學合作的復雜柔性電子制造等。所以,雖然這類材料的應用領域很廣,但目前還僅限于想象。”謝濤說。

        【北京塑料托盤】 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象給謝濤團隊的研究帶來很多啟示。“我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。這一點在自然界很常見,因此我們又稱它們為智能材料。”謝濤介紹。在智能高分子的合成過程中,謝濤團隊還希望引數字化概念,即通過電腦控制實現高分子合成中的功能控制。

        【北京塑料托盤】謝濤認為,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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