形狀記憶的「智能」材料：光和熱可使其自組裝

摘要：華盛頓州立大學的研究人員已經開發出一種獨特的，多功能的智能材料，可以在熱或光的刺激下改變形狀，從而自行組裝和拆卸。他們已對這項工作申請了一項臨時專利。

華盛頓州立大學的研究人員已經開發出一種獨特的，多功能的智能材料，可以在熱或光的刺激下改變形狀，從而自行組裝和拆卸。他們已對這項工作申請了一項臨時專利。

這是研究人員第一次能夠將幾種智能能力——包括形狀記憶行為，光激活運動和自我修復行為——結合在一種材料中。他們將他們的工作發表在了美國化學學會(ACS)《應用材料與界面(Applied Materials & Interfaces)》雜誌上。

這項工作由華盛頓州立大學機械與材料工程學院(MME)教授及Berry家族榮譽主任Michael Kessler教授以及機械與材料工程學院資深科學家Yuzhan Li領導，他們與橡樹嶺國家實驗室的研究員Orlando Rios進行了和合作。

一種新的能夠對光響應的智能材料，可以在摺疊和展開的時候記住它自己的形狀，並在遭受損壞的時候自我修復。

添加多功能性

可以對外部刺激如光或熱作出反應的智能材料，已經成為了一個有趣的新鮮事物，當它們神秘地摺疊和展開自己的時候，它們看起來是如此的神奇。它們有各種各樣潛在的應用，如致動器，藥物輸送系統和自組裝設備。例如，智能材料可以改變其形狀來在太空衛星上展開一個太陽能電池板，而不需要電池供電的機械裝置。

但是，智能材料還沒有被廣泛使用，因為它們很難製造，而且往往一次只能執行一個功能。研究人員也在艱難地對材料進行再加工從而使其特殊的性質可以不斷地自行重複。

這個華盛頓州立大學的研究小組開發出了一種同時具有多種功能的材料，並且具有增加其他功能的潛力。

摺疊和展開，記憶和治癒

該團隊使用了一類被稱為液晶網路(liquid crystalline networks，LCNs)的長鏈分子，它在一個方向上提供了有序性，從而賦予了材料獨特的性能。研究人員利用了材料響應熱刺激而發生變化從而引起一個獨特的三元形狀轉變行為。他們添加了能響應偏振光的原子基團，並使用動態化學鍵來提高材料的再加工能力。

「我們已經知道這些不同的技術可以獨立地工作，並試圖以一種兼容的方式將它們結合在一起，」Kessler說。

我們得到的是一種能夠對光響應的智能材料，可以在摺疊和展開的時候記住它自己的形狀，並在遭受損壞的時候自我修復。例如，該材料上的刀片刮傷可以通過紫外線照射進行修復。該物質的運動可以預先定製，其性能也可以調整。

橡樹嶺國家實驗室的研究人員使用其納米材料科學中心的設備來研究這種材料的獨特能力背後的作用機制。

本研究是華盛頓州立大學「重大挑戰(Grand Challenges)」計劃的一部分，「重大挑戰」計劃是一系列針對大的社會問題的研究活動。具體來說，本項目是關於智能系統的挑戰以及基礎和急需材料主題。

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