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形狀的能力，且受到合適的外界刺激時又能夠恢復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、可恢復形變量大、易加工成型、形變溫度可調等諸多優(yōu)點，因而在柔性電子、生物醫(yī)藥、航空航天等高科技領域存在廣泛的應用前景。然而，目前的相關研究主要集中在熱致形狀記憶高分子材料。雖然這類熱響應性形狀記憶材料在很多高科技領域擁有巨大的應用價值，仍然亟需開發(fā)可以在室溫下實現形狀記憶功能的新型高分子材料，尤其是在生物醫(yī)用、軟體機器人和紡織服裝應用領域。

　　近年來，隨著超分子科學的發(fā)展，具有高度動態(tài)可逆特征的非共價作用（例如金屬配位作用、主-客體作用和動態(tài)共價鍵等）在制備結構規(guī)整、性質可控的功能材料方面表現出了顯著的優(yōu)勢。2014年以來，中國科學院寧波材料技術與工程研究所智能高分子團隊在研究員陳濤和張佳瑋的帶領下，先后將多種可逆作用引入形狀記憶高分子材料領域，開發(fā)了一系列可以在室溫下實現形狀記憶功能的新型智能水凝膠材料。科研人員首先將動態(tài)硼酸酯鍵和金屬配位作用引入形狀記憶高分子材料中，構建了具有自修復性能的室溫形狀記憶水凝膠體系（Chem. Commun. 2014, 50,12277）；通過對超分子作用力的選擇，獲得了具有生物分子響應的形狀記憶高分子材料，并顯著提高了材料的形狀恢復速度（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間的動態(tài)硼酸酯鍵制備了兼具室溫形狀記憶、自修復和高粘附性能的新型多功能水凝膠體系（Polym. Chem. 2016, 7, 5343）。

　　不過，目前超分子形狀記憶水凝膠材料的研究尚處于起步階段，材料普遍存在力學性能較差且只能記憶一個臨時形狀等不足。在之前的研究基礎上，寧波材料所科研人員將可有效提升水凝膠力學性能的雙網絡結構設計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性能；并通過外界刺激序列調控體系內的動態(tài)硼酸酯鍵和金屬配位作用，成功構筑了具有三重形狀記憶功能的雙網絡超分子水凝膠（Chem. Sci. 2016, 7, 6715）。采用類似的雙網絡結構設計理念，科研人員將具有多重刺激響應性的動態(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域的研發(fā)經驗，寧波材料所科研人員近期在化學領域權威綜述刊物Chem. Soc. Rev. （DOI: 10.1039/c6cs00754f）上發(fā)表綜述文章，系統(tǒng)介紹了近年來超分子形狀記憶水凝膠材料相關研究的最新進展，對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計思路和構建策略進行了細致的梳理和總結，并展望了這類材料的未來發(fā)展方向及在航空航天、生物醫(yī)藥等高科技領域的應用前景。

　　該研究工作獲得國家“青年千人計劃”、中科院“拔尖青年科學家”（QYZDB-SSW-SLH036）、國家自然科學基金（21304105，51573203，21644009）、浙江省杰出青年基金（LR14B040001）、浙江省自然科學基金（LY17B040003）、中科院青年創(chuàng)新促進會（2017337）等項目的資助。

　　基于兩種互不干擾超分子作用力的雙網絡超分子形狀記憶水凝膠的構建

　　超分子形狀記憶水凝膠材料的形狀記憶機理

　　目前用于構筑超分子形狀記憶水凝膠材料的可逆作用力