谢涛课题组

形状记忆聚合物是一类典型的变形材料，但它从临时形状回复为永久形状的过程通常需要外部刺激，并且只遵循单一的回复路径。针对该问题，本工作在永久共价交联网络中引入具有多重氢键的UPy单元作为超分子交联位点，实现了形状记忆材料在无外界刺激下回复路径的可编程化。在该体系中，共价交联保证了永久形状的形状回复率，而氢键的动态交换具有显著的时间温度依赖性，由此引起的内应力松弛差异可用来调控自发回复的动力学。

基于此原理，通过数字化光热效应可以区域化调控编程温度，从而控制各区域的内应力松弛程度。而内应力松弛程度又决定了形状回复速率，因此在各区域的协同作用下该体系便可实现二维平面—三维立体—二维平面的自发变形路径的编程化。进一步地，将该体系应用于3D打印，可以制备具有复杂三维结构的永久形状，通过控制编程温度与编程时间可在该单一材料中实现自发顺序化变形的4D打印。究其本质，该材料不同区域之所以会有不同的回复速率，是氢键交换引起的应力松弛差异导致的。应力松弛无法用肉眼直接进行观测，但在偏振光下会由于双折射而表现为颜色的变化。通过区域化控制温度后，在偏振下便可出现应力图案，并且该图案会在所有区域到达相同的应力松弛程度后消失。消失的时间尺度与环境温度密切相关，因此有望应用于防伪和冷链过程的时间温度指示剂。

该工作近期发表在Advanced Materials上，博士生彭文俊为第一作者。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202102473