【行业动态】软体机器人能像肌肉一样弯曲？这可少不了高能形状记忆聚合物

当拉伸或变形时，形状记忆聚合物在加热或光照后会恢复到原来的形状。这些材料在软机器人、智能生物医学设备和可展开的空间结构方面显示出巨大的潜力，但直到现在它们还不能储存足够的能量。现在，研究人员已经开发出一种形状记忆聚合物，其存储的能量几乎是以前版本的六倍。

形状记忆聚合物在原始未变形状态和二次变形状态之间交替。变形状态是通过拉伸聚合物产生的，并通过分子变化保持在适当的位置，例如动态键合网络或应变诱导结晶，这些变化通过热或光逆转。然后聚合物通过释放存储的熵能恢复到其原始状态。但让这些聚合物执行能源密集型任务对科学家来说具有挑战性。包哲南及其同事想要开发一种新型形状记忆聚合物，它可以拉伸成稳定的、高度拉长的状态，使其在恢复到原始状态时释放大量能量。

开发新聚合物的关键是弄清楚如何控制材料冷却或拉伸时发生的结晶。当材料变形时，聚合物链会局部拉伸，聚合物的小片段在称为微晶的小区域（或域）中沿相同方向排列，将材料固定成暂时变形的形状。随着微晶数量的增加，聚合物形状变得越来越稳定，使材料越来越难以恢复到其初始或“永久”形状。

研究人员将 4-,4'-亚甲基双苯基脲单元结合到聚（丙二醇）聚合物骨架中。在聚合物的原始状态下，聚合物链是缠结和无序的。拉伸导致链对齐并在尿素基团之间形成氢键，从而产生稳定高度伸长状态的超分子结构。加热导致键断裂，聚合物收缩至其初始无序状态。

在测试中，该聚合物可以拉伸至其原始长度的五倍，并储存高达 17.9 J/g 的能量——几乎是之前形状记忆聚合物的六倍。该团队证明，拉伸后的材料可以利用这种能量在加热时举起自身重量 5,000 倍的物体。他们还通过将预拉伸的聚合物连接到木制人体模型的上臂和下臂来制造人造肌肉。加热时，材料收缩，导致人体模型在肘部弯曲手臂。除了其记录高能量密度，形状记忆聚合物也便宜并且易于制作。

文章来源：贤集网

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