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冷冻干燥法实现聚合物全方向形状记忆效应

冷冻干燥法实现聚合物全方向形状记忆效应

形状记忆聚合物能够固定在临时形状(temporary shape),并在外界环境改变时回复到原始形状(permanent shape)。现有基于外力的程序化(programming)方式只能对材料进行一维或二维拉伸,而无法将材料固定在三维方向均被拉伸的临时形状,即无法实现三维形状记忆收缩过程。


冷冻干燥法实现聚合物全方向形状记忆效应 

浙江大学化工学院赵骞副教授与合作者将冷冻干燥技术引入形状记忆聚合物临时形状的程序化过程中。链段可结晶的聚乙二醇水凝胶在冷冻干燥之后被固定在多孔的临时形状,实现了网络结构的三维拉伸。温度升高到聚乙二醇的熔融温度以上时,多孔干胶就会发生三维收缩回复到无孔的永久形状,从而实现全方向形状记忆回复(omnidirectional shape memory)(如图)。重新溶胀后再次冰冻干燥,形状记忆过程即可循环进行。该新型形状记忆效应有望用以制备具有新型可控分相结构的多功能复合材料。该工作于近期发表在Macromolecular Rapid Communications(DOI: 10.1002/marc.201600746)上,论文第一作者为课题组博士生陈狄。

 

临时形状的孔结构参数(包括孔径、孔隙率、孔取向等),可通过水凝胶溶胀率、冰冻方式(定向冰冻或非定向冰冻)、以及冰冻温度等条件进行调控。此外,若初次程序化采用定向冰冻的方式得到具有取向结构的孔,之后的程序化过程无论采用定向还是非定向冰冻,均得到取向孔结构。反之依然。其产生原因为初次冰冻对材料造成了可控微裂纹,研究者称这种的现象为“孔结构记忆效应”,该现象的发现为水凝胶形貌表征提供了新视角。

 


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