寧波材料所發(fā)表超分子形狀記憶水凝膠材料研究綜述文章

　　形狀記憶高分子材料是一類具有保持臨時(shí)形狀的能力，且受到合適的外界刺激時(shí)又能夠恢復(fù)初始形狀的新型智能材料。與形狀記憶合金或陶瓷相比，形狀記憶高分子材料具有密度低、可恢復(fù)形變量大、易加工成型、形變溫度可調(diào)等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而在柔性電子、生物醫(yī)藥、航空航天等高科技領(lǐng)域存在廣泛的應(yīng)用前景。然而，目前的相關(guān)研究主要集中在熱致形狀記憶高分子材料。雖然這類熱響應(yīng)性形狀記憶材料在很多高科技領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用價(jià)值，仍然亟需開發(fā)可以在室溫下實(shí)現(xiàn)形狀記憶功能的新型高分子材料，尤其是在生物醫(yī)用、軟體機(jī)器人和紡織服裝應(yīng)用領(lǐng)域。

　　近年來(lái)，隨著超分子科學(xué)的發(fā)展，具有高度動(dòng)態(tài)可逆特征的非共價(jià)作用（例如金屬配位作用、主-客體作用和動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵等）在制備結(jié)構(gòu)規(guī)整、性質(zhì)可控的功能材料方面表現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢(shì)。2014年以來(lái)，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所智能高分子團(tuán)隊(duì)在研究員陳濤和張佳瑋的帶領(lǐng)下，先后將多種可逆作用引入形狀記憶高分子材料領(lǐng)域，開發(fā)了一系列可以在室溫下實(shí)現(xiàn)形狀記憶功能的新型智能水凝膠材料?？蒲腥藛T首先將動(dòng)態(tài)硼酸酯鍵和金屬配位作用引入形狀記憶高分子材料中，構(gòu)建了具有自修復(fù)性能的室溫形狀記憶水凝膠體系（Chem. Commun. 2014, 50,12277）；通過(guò)對(duì)超分子作用力的選擇，獲得了具有生物分子響應(yīng)的形狀記憶高分子材料，并顯著提高了材料的形狀恢復(fù)速度（Macromol. Rapid Commun. 2015, 36, 533）；此外，科研人員受到貽貝粘附蛋白的啟發(fā)，利用苯硼酸和多巴胺的鄰苯二酚官能團(tuán)間的動(dòng)態(tài)硼酸酯鍵制備了兼具室溫形狀記憶、自修復(fù)和高粘附性能的新型多功能水凝膠體系（Polym. Chem. 2016, 7, 5343）。

　　不過(guò)，目前超分子形狀記憶水凝膠材料的研究尚處于起步階段，材料普遍存在力學(xué)性能較差且只能記憶一個(gè)臨時(shí)形狀等不足。在之前的研究基礎(chǔ)上，寧波材料所科研人員將可有效提升水凝膠力學(xué)性能的雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念引入形狀記憶高分子材料，有效提升了超分子形狀記憶水凝膠材料的力學(xué)性能；并通過(guò)外界刺激序列調(diào)控體系內(nèi)的動(dòng)態(tài)硼酸酯鍵和金屬配位作用，成功構(gòu)筑了具有三重形狀記憶功能的雙網(wǎng)絡(luò)超分子水凝膠（Chem. Sci. 2016, 7, 6715）。采用類似的雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，科研人員將具有多重刺激響應(yīng)性的動(dòng)態(tài)席夫堿鍵和殼聚糖-金屬離子配位作用引入水凝膠體系中，成功開發(fā)了一類具有多重刺激響應(yīng)性的超分子形狀記憶水凝膠材料（Chem. Commun. 2016, 52, 13292）。

　　基于上述系列研究成果及近幾年在超分子形狀記憶水凝膠材料領(lǐng)域的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，寧波材料所科研人員近期在化學(xué)領(lǐng)域權(quán)威綜述刊物Chem. Soc. Rev. （DOI: 10.1039/c6cs00754f）上發(fā)表綜述文章，系統(tǒng)介紹了近年來(lái)超分子形狀記憶水凝膠材料相關(guān)研究的最新進(jìn)展，對(duì)具有二重和三重形狀記憶功能的超分子水凝膠材料的通用設(shè)計(jì)思路和構(gòu)建策略進(jìn)行了細(xì)致的梳理和總結(jié)，并展望了這類材料的未來(lái)發(fā)展方向及在航空航天、生物醫(yī)藥等高科技領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

　　該研究工作獲得國(guó)家“青年千人計(jì)劃”、中科院“拔尖青年科學(xué)家”（QYZDB-SSW-SLH036）、國(guó)家自然科學(xué)基金（21304105，51573203，21644009）、浙江省杰出青年基金（LR14B040001）、浙江省自然科學(xué)基金（LY17B040003）、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)（2017337）等項(xiàng)目的資助。

　　基于兩種互不干擾超分子作用力的雙網(wǎng)絡(luò)超分子形狀記憶水凝膠的構(gòu)建

　　超分子形狀記憶水凝膠材料的形狀記憶機(jī)理

　　目前用于構(gòu)筑超分子形狀記憶水凝膠材料的可逆作用力