宁波大学赵传壮和天津工业大学张佳玮 Soft Matter: 具有可重塑永久形状和可编程冷诱导形变的形状记忆水凝胶

2024-01-05 来源：高分子科技

具有冷致形变功能的形状记忆水凝胶可以在高温时提升模量、固定临时形状，冷却时降低模量、回复至初始形状。近期，宁波大学赵传壮课题组提出了一种新颖的形状记忆水凝胶（2CH-gel）。研究者以二乙烯三胺（DETA）作为动态交联剂制备聚丙烯酸（PAA）水凝胶，通过醋酸钙（Ca(Ac)₂）浸泡处理，得到了具有可重塑永久形状和可编程冷诱导形变的形状记忆水凝胶。在此材料中，聚合物链和乙酸基团的电荷辅助疏水聚集使水凝胶可在加热时固定临时形状，冷却后发生解聚集实现形状回复。PAA和DETA之间的电荷辅助氢键赋予水凝胶自愈合特性，借助自愈合特性，可以对材料进行拼图式的形状编辑，从而实现了形状记忆功能的灵活设计（图1）。通过调整浸泡的Ca(Ac)₂浓度，可以调节形状回复速率，从而赋予材料时空可编辑的形状记忆功能。

图1. 2CH-gel 的形状编辑功能和机理

该材料可用作包装保护材料。将2CH-gel薄膜裁剪成拉胀结构，可适应不同形状的物体表面（图2）。利用材料边缘的自愈合可以形成封闭式结构，通过加热可以得到形成坚固的硬化结构。这种结构表现出卓越的冲击保护功能，可制作成保护壳，使得内部填充物免受冲击损坏（图2）。这使得材料在柔性设备和运动保护方面具有潜在应用价值。

图2. 具有可编辑形状的2CH-gel 的作为抗冲击材料的展示

以上相关成果发表在Soft Matter上。论文的第一作者为宁波大学硕士研究生吴欣俊，通讯作者为宁波大学赵传壮教授和天津工业大学张佳玮教授。该工作受到国家自然科学基金的资助。

近年来，宁波大学赵传壮课题组在氢键缔合构筑刺激响应性聚合物方面取得了一系列研究进展，提出了氢键聚集构筑温敏性发光聚合物和变色发光系统的新方法（Macromolecules 2022，55，8599；Macromolecules 2023，56，4278；Sci. China Chem. 2021, 64, 1770），开辟了疏水强化氢键、偶极强化氢键、手性调控、二级结构调控等构建具有上临界溶解温度的温敏性聚合物的新途径（Macromolecules 2019，52，4441； Macromolecules 2021，54，7963； Macromolecules 2022，55，3801；Biomacromolecules 2022, 23, 1291；Biomacromolecules 2023, 24, 3283），建立了多重氢键作用协同、氢键-主客体作用协同、氢键-离子-疏水作用协同构筑水凝胶驱动器、粘合剂、人工肌肉和冲击防护材料的新策略（Chem. Mater. 2021, 33, 8351；Chem. Mater. 2022, 34, 8740； Sci. China Mater. 2021, 65, 2274 ；Soft Matter 2024, DOI: 10.1039/d3sm01429k)。

论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/sm/d3sm01429k

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（责任编辑：xu）

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