近期，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院的陳爾強(qiáng)教授課題組設(shè)計(jì)了一種新的熱塑性形狀記憶高分子（圖一a）。這種材料以側(cè)鏈型液晶高分子的柱狀液晶相結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，展現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能。沒有采用任何化學(xué)交聯(lián)，這種高分子能記憶住應(yīng)變高達(dá)600%的臨時(shí)形狀，在雙重形狀記憶循環(huán)中，其形狀固定率和回復(fù)率均超過99%。

    ▲ 圖一為分子的多鏈柱機(jī)理（a）及其本體柱狀相結(jié)構(gòu)表征（b，c，d）

    由于存在一個(gè)十分寬的液晶轉(zhuǎn)變溫區(qū)，這一側(cè)鏈型液晶高分子還表現(xiàn)出突出的多重形狀記憶性能，甚至能在一個(gè)形狀記憶循環(huán)中高效地記住三個(gè)臨時(shí)形狀（圖二b）。

    ▲圖二為該分子的三重（a）及四重（b，c）形狀記憶功能

    研究人員認(rèn)為，在沒有化學(xué)交聯(lián)的情況下，這一高分子之所以能在大應(yīng)變的雙重、多重形狀記憶中表現(xiàn)出很高的形狀回復(fù)率，是因?yàn)槠渲鶢钜壕嗵峁┝艘环N新的物理交聯(lián)機(jī)制。

    這一高分子與常見的側(cè)鏈型液晶高分子不同，其側(cè)鏈并非棒狀而是楔形的。當(dāng)形成柱狀相時(shí)，有著楔形側(cè)鏈的幾根高分子鏈會(huì)組裝成一根“多鏈超分子柱”，并以此為柱狀相的基本構(gòu)筑單元。這一束高分子鏈在柱子內(nèi)部可以發(fā)生一定程度的纏繞，也就說可以形成“柱內(nèi)纏結(jié)”結(jié)構(gòu)，從而為體系提供了物理交聯(lián)點(diǎn)。當(dāng)分子量足夠大時(shí)，一根高分子鏈就會(huì)穿過不同的“多鏈超分子柱”，由此便產(chǎn)生了體系中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

    實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種網(wǎng)絡(luò)非常穩(wěn)固，能有效防止外部應(yīng)力作用下的塑性形變，即使是在大形變下也能確保體系保持住給定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而確保體系可以回到初始形狀。

    形狀記憶高分子是一類相當(dāng)有趣而有用的材料。它能夠記住特別設(shè)定的臨時(shí)形狀，而在外部刺激下，它將返回到初始的形狀，即所謂的永久形狀。這種“智能”材料在高等技術(shù)和先進(jìn)制造方面有著巨大的潛在應(yīng)用。為擁有理想的形狀記憶性能，形狀記憶高分子需要一個(gè)牢固的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來確定永久形狀。

    化學(xué)交聯(lián)能提供該種網(wǎng)絡(luò)，然而其加工性能往往不佳。物理交聯(lián)也可以用來構(gòu)筑網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以此為基礎(chǔ)，就可以得到熱塑性形狀記憶高分子。然而，物理交聯(lián)往往作用力比較弱且結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，因此設(shè)計(jì)開發(fā)性能優(yōu)異的熱塑性形狀記憶高分子材料依然充滿挑戰(zhàn)性。

    幾根高分子鏈的成束化導(dǎo)致形成“多鏈超分子柱”，是側(cè)鏈高分子的一種新的微相分離形式，也為高分子提供了一種非常獨(dú)特的纏結(jié)結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出非常有趣的分子排列及動(dòng)力學(xué)特征。除了可用于形狀記憶高分子材料，這種纏結(jié)結(jié)構(gòu)還可以用作構(gòu)建新的熱塑性彈性體，改善高分子材料的力學(xué)性能，或是改變高分子熔體的流變行為。

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