拉伸或變形的形狀記憶聚合物在加熱或光照后，會(huì)恢復(fù)到原來的形狀，這些材料已在柔性機(jī)器人、智能生物醫(yī)學(xué)設(shè)備、可展開空間結(jié)構(gòu)等方面展現(xiàn)出巨大潛力。

但是目前，它們儲(chǔ)存的能量還不能滿足需求。據(jù)《美國(guó)化學(xué)會(huì)中心科學(xué)》期刊8日?qǐng)?bào)道，研究人員現(xiàn)已開發(fā)出一種形狀記憶聚合物，其存儲(chǔ)的能量幾乎是以前版本的6倍。

形狀記憶聚合物可在原始未變形狀態(tài)和二次變形狀態(tài)之間交替。變形狀態(tài)通過拉伸聚合物形成，并通過分子變化保持在適當(dāng)?shù)奈恢茫鐒?dòng)態(tài)鍵合網(wǎng)絡(luò)或應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶，這些變化可通過熱或光逆轉(zhuǎn)，聚合物通過釋放存儲(chǔ)的熵能恢復(fù)到其原始狀態(tài)。但這需要聚合物儲(chǔ)存大量能源。于是，研究人員想要開發(fā)一種新型形狀記憶聚合物，可以拉伸成穩(wěn)定的、高度拉長(zhǎng)的狀態(tài)，使其在恢復(fù)到原始狀態(tài)時(shí)釋放大量能量。

美國(guó)斯坦福大學(xué)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)此次將4,4'-亞甲基雙(苯基脲)單元結(jié)合到丙二醇聚合物骨架中。在原始狀態(tài)下，聚合物鏈?zhǔn)抢p結(jié)和無序的。拉伸導(dǎo)致鏈對(duì)齊并在尿素基團(tuán)之間形成氫鍵，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的高度伸長(zhǎng)狀態(tài)的超分子結(jié)構(gòu)。加熱會(huì)導(dǎo)致鍵斷裂，聚合物收縮至其初始無序狀態(tài)。

在測(cè)試中，該聚合物可拉伸至其原始長(zhǎng)度的5倍，并儲(chǔ)存高達(dá)17.9焦/克的能量——幾乎是之前形狀記憶聚合物的6倍。研究團(tuán)隊(duì)證明，拉伸后的材料可利用這種能量在加熱時(shí)舉起自身重量5000倍的物體。

研究人員還將預(yù)拉伸的聚合物連接到木制人體模型的上臂和下臂，用作人造肌肉。加熱時(shí)，材料收縮導(dǎo)致人體模型在肘部彎曲手臂。研究人員表示，除了創(chuàng)紀(jì)錄的高能量密度外，形狀記憶聚合物價(jià)格也很便宜，原材料成本約為每磅11美元，且易于制造。

總編輯圈點(diǎn)

讓機(jī)器人更靈敏，使人造皮膚更貼合，讓假肢兼具力量和觸覺……這些看似大不相同的理念，背后都昭示著一個(gè)材料行業(yè)的巨大改變，那就是：它們將不再剛硬。形狀記憶聚合物將是有力量的、可拉伸的、可生物降解的，甚至可自我修復(fù)的。巨大的屏幕也可以疊進(jìn)衣兜;一層人造皮膚或許就能像手機(jī)一樣實(shí)現(xiàn)人類溝通交流;殘疾人的假肢也將擁有溫暖、順滑、細(xì)膩的觸感……這種高能材料現(xiàn)在看起來很高冷，但在未來，它將滲透到生活的每一處。