可变形材料及结构件可以通过几何形状的转换来实现对不同功能或环境的适应，其在智能电子器件，机械机器人，可展折叠结构等领域的创新应用具有重要意义。形状记忆高分子可在加热时由硬变软从而可以被赋予新的形状，并在降温后材料重新变硬并可固定住此临时形状。这一过程就是形状记忆高分子的热编程，已被广泛用于可变形结构设计。热编程通常利用全结构加温 （比如利用水浴）、变形、冷却的方式，但这样的加热冷却方式不利于局部编程，从而限制了变形设计及编程的自由度。为提高设计和编程自由度，能否对材料进行冷编程呢？答案是可能的。冷编程利用高分子松弛时间的应力相关性使材料在高应力下进入塑性变形，从而锁住编程形状，加热之后，塑性变形可以恢复，从而完成一个形状记忆循环。冷编程需要高分子材料在屈服之后不被破坏以及对塑形变形的控制，这些对材料力学性能以及结构的精确设计提出了极高要求。佐治亚理工学院齐航教授团队最近开发的灰度3D打印技术 （Nat. Comm. 14， 1251，2023），可在大范围内调控打印材料的力学性能，为这一构想提供了可能。近日，团队基于此打印技术和结构力学设计，提出了冷编程灰度4D打印，实现了无需加热、可在室温下冷编程的可变形结构。该工作发表在了 Nat. Comm. (14，5519，2023）。

图一：灰度光聚合打印多材料形状记忆高分子的性能及演示

图二：灰度光聚合打印的多材料铰链结构冷塑变形的原理与实验展示

图三：灰度光聚合打印的可变形结构实现局部可控变形展示

图四：灰度光聚合打印的可编程阵列结构的冷塑变形展示

图五：灰度光聚合打印实现的多级温度响应性形状可变结构

  冷塑型铰链兼具形状记忆高分子的热响应特征。灰度打印可以灵活调整铰链结构的两相材料玻璃化转变温度，从而改变铰链结构的热响应温度。如图五所示，利用B3，B2及B1的不同组合，课题设计出不同响应温度的铰链单元。利用这些铰链单元，可以制造出具有多级温度响应的复杂可变形结构。

  原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-41170-4