谢涛课题组

在刺激响应材料中引入空间非均质性可以调控材料各个区域的变形性能，从而得到复杂形状。这些非均质性包括水凝胶的交联密度、复合材料的组分分布以及液晶弹性体的取向等等。但通常这些空间非均质性的分布都是在材料的合成和制造过程中引入的，后续无法再编程改变。形状记忆聚合物（SMP）是一类可以灵活编程的变形材料，但大多数研究都聚焦在其临时形状的多样性，关于影响其功能的永久形状的制造方法却存在很多问题。比如传统的模具法脱模困难并且受限于模具的形状；3D打印由于层层打印的本质限制了打印速度；热适性SMP虽然可以通过动态键交换实现固态塑性，但其依赖于外力来塑造永久形状。因此，关于制备聚合物永久形状的新方法非常值得探索。

本工作报道了一种在热塑性形状记忆聚合物中通过数字化编程结晶图案实现4D变形的方法。通过光热效应，灰度图案定义了温度图案；由于聚乳酸的冷结晶性质，温度图案又决定了结晶图案；结晶图案又最终影响形状回复性能。通过设计不同的灰度图案并且结合激光切割可以实现4D变形，得到复杂的永久形状。这种方法利用可重加工的热塑性SMP体系，并且空间非均质性的编程依赖于物理相变（结晶）而不是化学变化，使得材​​料可以重复使用并重新编程。这为制造具有复杂永久形状的智能变形设备提供了一种灵活和可持续的手段。

该工作近期发表在Advanced Functional Materials上，博士生彭文俊和博士后张国高为共同第一作者。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202000522