深圳大学黄思雅课题组ACS Macro Letters:具有湿度控制多重形状记忆的纤维素衍生物超分子网络

具有刺激响应、可编程形状记忆效应的材料在智能织物、软机器人和生物医学领域具有广阔的应用前景。特别是具有单一材料组分的多重形状记忆聚合物，由于具备可调谐的转变温度和在宽温度范围内的多重形状记忆效应，受到了研究学者广泛关注。目前报道的可调谐多重形状记忆效应与材料组分的热力学行为紧密相关，即由温度/热量触发调控材料的力学行为。这大大限制了材料在热敏性场景中的应用，例如生物体组织。在这些场景中，过多的能量输入可能会对细胞和周围组织造成潜在的伤害。

与大多数热适型形状记忆材料不同，自然生物对湿度/水分非常敏感。对环境湿度变化的响应和形状驱动在自然界中普遍存在，例如麦芒的开合，松果种子的扩散，以及蜘蛛丝的超收缩行为。受大自然的启发，制备具有湿度响应的仿生材料引发了人们的强烈兴趣。一种被广泛采用的策略是在聚合物网络中引入对湿度敏感的基团，通过塑化作用降低聚合物的相变温度，从而在较低甚至环境温度下触发聚合物的形状恢复。然而，目前还未有研究报道探索在非热学条件下实现单一材料多重形状记忆效应的可能性，这就导致了一个悬而未决的问题，即湿度可否作为一个独立可控因素来调节并实现材料的多重形状记忆效应。

深圳大学高等研究院黄思雅课题组报道了一种具有超分子中间相网络结构的纤维素衍生物聚合物的吸湿可调多重形状记忆效应。由动态氢键搭建的超分子网络结构使聚合物在较宽的相对湿度范围内呈现出显著的力学响应特性。

在宽范围可调的相对湿度的独立调控下，聚合物在室温条件下表现出双、三、四重形状记忆行为，并展现出一种独特的湿度记忆效应。

这种新颖的湿度记忆效应可以类比于传统热响应形状记忆材料的温度记忆效应，对材料可编程形状记忆行为的精确调控具有重要意义。此外，该聚合物在形状固定率、恢复率和循环稳定性方面均表现出优异的性能。论文详细研究并阐述了该种新型湿度调控多重形状记忆效应的发生机制，为挖掘构建更多非热适型多重形状记忆高分子材料体系提供了一定的理论依据和指导。这种由湿度调控的多重形状记忆聚合物有望在恒温环境中进行自主、快速、可编程的形状驱动，在生物医学领域显示出巨大的应用前景。这一研究工作最近发表在国际学术期刊ACS Macro Letters (DOI: 10.1021/acsmacrolett.3c00239)上。

来源：

Du, B.; Wang, X.; Xia, Y.; Wu, Y.; Wu, B.; Huang, S. Hygroscopic Tunable Multishape Memory Effect in Cellulosic Macromolecular Networks with a Supramolecular Mesophase. ACS Macro Lett. 2023, 835–840.

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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