绿色途径制备轻质高强的形状记忆气凝胶材料

近年来，形状记忆材料发展迅速，在航空航天、智能纤维、柔性执行器、生物医药等领域显示出巨大的应用前景。气凝胶是由以空气为分散介质的三维网络结构构成，具有低密度、高比表面积和高孔隙率等性质，被视为本世纪最具发展潜力的固态材料之一。然而目前有关形状记忆气凝胶的报道较少，而且大多由有机凝胶制备而成。如何将气凝胶的性能优势与形状记忆功能相结合，并通过绿色环保的策略制备出一种形状记忆气凝胶是研究人员所面临的重要挑战。本室选用两种不同分子量的聚乙二醇二丙烯酸酯 (PEGDA)以及壳聚糖 (CS)为基本组成链段，通过光交联获得半互穿网络水凝胶，最后利用冷冻干燥技术制备得到CS/PEGDA形状记忆气凝胶 (图1)。该交联网络中分子量相对较高且保持良好结晶性的PEG链段充当分子开关，分子量相对较低的PEG链段确保网络足够的交联程度，CS的加入则为气凝胶提供良好的机械性能。CS/PEGDA气凝胶从宏观到微观尺度、从二维形状到三维形状变形过程均表现出优异的形状记忆性能 (图2)。该工作近期发表在Macromolecular Materials and Engineering上，为拓宽形状记忆聚合物的应用领域提供新的思路。该论文第一作者为本室硕士生李蓓。

图1 CS/PEGDA气凝胶的制备流程

图2 CS₁/PEGDA(2K₇750₃)₉气凝胶压缩循环测试 (A)、形状记忆过程中微观形貌变化 (B)以及复杂形状变形过程示意图 (C,D,E)

全文链接：https://doi.org/10.1002/mame.201900169