Popular science work
拉伸或變形的形狀記憶聚合物在加熱或光照后，會恢復到原來的形狀，這些材料已在柔性機器人、智能生物醫(yī)學設備、可展開空間結(jié)構(gòu)等方面展現(xiàn)出巨大潛力。
但是目前，它們儲存的能量還不能滿足需求。據(jù)《美國化學會中心科學》期刊8日報道，研究人員現(xiàn)已開發(fā)出一種形狀記憶聚合物，其存儲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?shù)奈恢茫鐒討B(tài)鍵合網(wǎng)絡或應變誘導結(jié)晶，這些變化可通過熱或光逆轉(zhuǎn)，聚合物通過釋放存儲的熵能恢復到其原始狀態(tài)。但這需要聚合物儲存大量能源。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、高度拉長的狀態(tài)，使其在恢復到原始狀態(tài)時釋放大量能量。
美國斯坦福大學科學家領導的研究團隊此次將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，聚合物鏈是纏結(jié)和無序的。拉伸導致鏈對齊并在尿素基團之間形成氫鍵，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的高度伸長狀態(tài)的超分子結(jié)構(gòu)。加熱會導致鍵斷裂，聚合物收縮至其初始無序狀態(tài)。
在測試中，該聚合物可拉伸至其原始長度的5倍，并儲存高達17.9焦/克的能量——幾乎是之前形狀記憶聚合物的6倍。研究團隊證明，拉伸后的材料可利用這種能量在加熱時舉起自身重量5000倍的物體。
研究人員還將預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，材料收縮導致人體模型在肘部彎曲手臂。研究人員表示，除了創(chuàng)紀錄的高能量密度外，形狀記憶聚合物價格也很便宜，原材料成本約為每磅11美元，且易于制造。
來源：科技日報
