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新型形狀記憶聚合物可使存儲(chǔ)能力提升6倍
文章來源：OFweek新材料網(wǎng) 更新時(shí)間：2021-09-10 15:37:24
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文|陳根 形狀記憶聚合物是一種刺激響應(yīng)智能材料,在特定的外部刺激條件下可以根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的方式改變形狀。近年來,形狀記憶聚合物(SMP)的發(fā)展取得了明顯進(jìn)步,其自身的優(yōu)勢(shì)也得到了充分展示。 形狀記憶聚合物具有密度低、變形量大、驅(qū)動(dòng)方式豐富、生物相容性好等一系列優(yōu)勢(shì),在航空航天、生物醫(yī)學(xué)、仿生工程、電子元件、智能機(jī)器人等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。但是,其在能量的儲(chǔ)存方面還有較大提升空間。 近日,美國(guó)斯坦福大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種形狀記憶聚合物,其存儲(chǔ)的能量幾乎是以往版本的6倍,相關(guān)成果發(fā)表在了《美國(guó)化學(xué)會(huì)中心科學(xué)》上。 通常情況下,形狀記憶聚合物的變形狀態(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?可以在原始未變形狀態(tài)和二次變形狀態(tài)之間交替。例如動(dòng)態(tài)鍵合網(wǎng)絡(luò)或應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶,聚合物通過釋放存儲(chǔ)的熵能恢復(fù)到原始狀態(tài)。在這一過程中,需要聚合物儲(chǔ)存大量能源。 于是,研究人員將4-、4 ' -methylene bisphenylurea單元引入到聚酯(丙二醇)聚合物主鏈中。在聚合物的初始狀態(tài)下,聚合物鏈?zhǔn)请s亂無序的。拉伸導(dǎo)致鏈發(fā)生排列并在尿素基團(tuán)之間形成氫鍵,進(jìn)而形成穩(wěn)定高度伸長(zhǎng)狀態(tài)的超分子結(jié)構(gòu)。加熱會(huì)導(dǎo)致化學(xué)鍵發(fā)生斷裂,聚合物則會(huì)收縮到最初的無序狀態(tài)。 在測(cè)試中,該聚合物可拉伸至其原始長(zhǎng)度的5倍,能夠儲(chǔ)存高達(dá)17．9焦/克的能量,這幾乎是之前形狀記憶聚合物的6倍。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),材料收縮可以使人體模型在肘部彎曲手臂。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。除此以外,該形狀記憶聚合物易于制造,價(jià)格也較為便宜,原材料成本約為每磅11美元。未來,其有望在眾多領(lǐng)域大展身手。 |
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