《聚合物分子鏈梯度結構設計實現多形狀記憶功能的研究》是依託浙江大學，由高翔擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：聚合物分子鏈梯度結構設計實現多形狀記憶功能的研究
- 外文名：Design of gradient structure of polymer molecular chain to realize multi-shape memory function
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：高翔
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
多形狀記憶聚合物材料可記憶多個暫時形狀，在外部刺激時，自動按照預先設定次序完成一系列形狀變化，實現複雜動作，在醫藥器械、航天展開裝置、電子智慧型器件等領域有極大的潛在套用價值，吸引了廣泛研究興趣。但是，目前文獻報導具有多形狀記憶功能的體系均較為特殊，尚無通識方法。在本項目中，申請者擬通過設計聚合物分子鏈序列結構為梯度結構實現多形狀記憶功能，該方法有望發展成為一種設計、製備多形狀記憶材料的通用方法。申請者擬研究分子鏈梯度結構設計實現多形狀記憶功能的機理，研究半連續進料RAFT乳液聚合以實現對分子鏈序列結構的精確控制。本項目研究將揭示梯度共聚物獨特的凝聚態及其動態演變，明確其獨特力學、流變及鏈纏結性質，對加深聚合物分子鏈序列結構與聚集態、巨觀性能之間關係認識，提高聚合物分子鏈序列結構的設計、調控水平有重要的科學意義，並推動多形狀記憶材料的發展。
結題摘要
多形狀記憶聚合物材料是一種可以伴隨外界刺激完成預先設定多次形狀變化的智慧型材料，因此可自發完成一個複雜的動作，在智慧型包裝、航天裝置多級展開、醫療器械等領域有巨大的潛在套用價值。然而，目前多形狀記憶材料的合成大多需要極其複雜的過程，而對多形狀記憶材料的變形機理及性能最佳化更是研究甚少。本課題從聚合物材料的鏈序列結構和相結構出發，設計了雙向梯度共聚結構聚合物和膠乳共混插入轉變相等體系，探索了多形狀記憶材料的製備方法，深入研究了多形狀記憶材料的變形機理，完成了多形狀記憶材料的性能最佳化。此外，還揭示了梯度共聚物在力學性能、導離子性能等方面的奇異性。在製備具有雙向梯度共聚結構的聚合物時，採用半連續進料RAFT乳液聚合技術，以苯乙烯、丙烯酸正丁酯為研究體系，可以在7小時內製備出分子量高達9萬的梯度共聚物，其具有一個大小介於兩均聚物Tg間的、連續的寬轉變區間，寬度可超過100oC，其聚集態結構存在寬且模糊的過渡區間，使得材料在拉伸過程中表現出強而韌的性能，而且材料可以實現最多五次形狀記憶效果，這為製備熱塑性多形狀記憶材料提供了一條簡單、有效且廉價的路線。我們又以苯乙烯、丙烯酸甲酯為研究體系，設計不同具有同殼異核結構的膠乳，並通過膠乳共混得到多個相，深入研究了相占比及形貌對各個形狀記憶區間固定效率和回復效率的影響，設計了一種可以完成四次形狀記憶的聚合物材料，並保證每個形狀記憶區間的固定效率和回復效率均超過80%，這是目前已報導的多形狀記憶材料最佳性能。為了解決多形狀記憶材料中間形狀難以設定的難題，合成了一系列結構為聚苯乙烯-b-聚（苯乙烯-random-丙烯酸甲酯）-b-聚苯乙烯的三嵌段共聚物，並將該材料作為3D列印的原材料進行空間組合，得到的複合材料具備多形狀記憶的功能，不需設定中間形狀，為目前首次報導3D列印多形狀記憶材料。該課題研究對多形狀記憶材料的套用有積極的促進作用，對多相聚合物體系的製備、結構與性能關係研究有重要的科學意義。
