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| 浙江大学科学家研发出有“记忆力”的新型塑料，其受到外界刺激后可回复到初始形状。 | | | |
浙江大学化学工程与生物工程学院谢涛教授课题组最新研发出一种新型形状记忆聚合物材料，它能多次“植入”复杂形状记忆，遇热即展现多样形变。相关论文已于近日发表在《科学》杂志子刊《科学进展》上。
这种材料为何具有“记忆”？
据了解，形状记忆塑料，学术上称为形状记忆聚合物，是一类能够暂时固定在临时形状，受到外界刺激后回复到初始形状的智能材料，在柔性电子、生物医学和航空航天等领域展示了越来越广的应用前景。
为什么这种新型塑料能被植入复杂的“形状记忆”呢？谢涛介绍，研究团队在设计新型形状记忆材料的过程中，加入了一种可交换共价键，重组了分子间的连接关系。“引入可交换化学键，意味着整个分子网络可被重新组合，这相当于很多分子手拉手跳一支‘集体舞’，当处于较高的温度时，分子之间相互‘换手’，找到了新伙伴、新‘队形’，产生永久记忆。当处于较低温度环境下，材料即使被折叠成其他形状，产生弹性形变，分子之间也不会‘放手’，遇热还是能恢复原有形状。”
论文第一作者、浙江大学化学工程与生物工程学院副教授赵骞说，正是这种“换手”的特性，让新型形状记忆塑料有不断被植入复杂形状记忆的性能。更重要的是，植入新形状的过程不是“擦除”之前的永久形状，而是将新形状叠加到其中，称之为形状累积效应。利用这种效应，可以制备现有加工方法难以实现的复杂形状。
为展示其能力，研究人员为一小片这种新的聚合物材料预先设定了一系列形状。随着不断加热，这种材料从船的形状变成鸟的形状，再变成风车的形状，然后恢复其最初的形状。据研究人员解释称，正是这种反复的加热过程使得他们能够对材料进行不同形状的“编程”，甚至能够经过一段时间之后再加入一种新的形状而不会影响对其它形状的“记忆”。据称，这种新材料制作起来既简单又便宜。
《科学进展》杂志评审专家认为，该项研究是形状记忆聚合物领域的重要突破，为形状记忆材料的设计与加工提供了全新指导。
可在医疗领域大展身手
在此之前，记忆塑料已被广泛用于饮料瓶包装、电线制作等。“受制于模具制造的限制，之前的技术只能实现从复杂的临时形状变回简单永久形状，但难以实现从简单的临时形状变成复杂的永久形状。”
研究人员认为，这一新型材料具有广阔实用价值和应用前景，研究人员期待它能早日用于诸如生物医疗或柔性电子等高附加值应用领域。“比如心脏支架，我们希望它在到达植入‘目的地’以后，可以舒展成为一个复杂三维形状。”谢涛说。
“现在越来越多的外科手术都趋向用微创的方法进行，手术的切口只有一个钥匙孔那么大。但是目前的许多生物辅助材料，比如人工器官，体积是比较大的，只能开大刀手术。”赵骞说，如果用记忆材料制作这些人工器官，就可以解决这个问题，“我们可以把材料做成细长的形状，便于它在手术的时候，顺利地通过微创口子进入人体。到达人体内后，这种材料会在体温的作用下，慢慢展开，并且和人的体内环境融合。”
此外，俄亥俄州Wright Patterson空军基地的空军研究实验室的化学工程师，在了解到这项成果后表示，这为他们正在进行的一个项目注入了新的活力。赵骞说，“这是美国空军在实行的一个跟机翼变形相关的计划。” | 