形状记忆高分子是一类相当有趣而有用的材料。它能够记住特别设定的临时形状，而在外部刺激下，它将返回到初始的形状，即所谓的永久形状。这种“智能”材料在高等技术和先进制造方面有着巨大的潜在应用。为拥有理想的形状记忆性能，形状记忆高分子需要一个牢固的网络结构来确定永久形状。化学交联能提供该种网络，然而其加工性能往往不佳。物理交联也可以用来构筑网络结构，以此为基础，就可以得到热塑性形状记忆高分子。然而，物理交联往往作用力比较弱且结构不稳定，因此设计开发性能优异的热塑性形状记忆高分子材料依然充满挑战性。
▲ 图一为分子的多链柱机理（a）及其本体柱状相结构表征（b，c，d）
近期，北京大学化学与分子工程学院的陈尔强教授课题组设计了一种新的热塑性形状记忆高分子（图一a）。这种材料以侧链型液晶高分子的柱状液晶相结构为基础，展现出优异的力学性能。没有采用任何化学交联，这种高分子能记忆住应变高达600%的临时形状，在双重形状记忆循环中，其形状固定率和回复率均超过99%。由于存在一个十分宽的液晶转变温区，这一侧链型液晶高分子还表现出突出的多重形状记忆性能，甚至能在一个形状记忆循环中高效地记住三个临时形状（图二b）。
▲图二为该分子的三重（a）及四重（b，c）形状记忆功能
研究人员认为，在没有化学交联的情况下，这一高分子之所以能在大应变的双重、多重形状记忆中表现出很高的形状回复率，是因为其柱状液晶相提供了一种新的物理交联机制。这一高分子与常见的侧链型液晶高分子不同，其侧链并非棒状而是楔形的。当形成柱状相时，有着楔形侧链的几根高分子链会组装成一根“多链超分子柱”，并以此为柱状相的基本构筑单元。这一束高分子链在柱子内部可以发生一定程度的缠绕，也就说可以形成“柱内缠结”结构，从而为体系提供了物理交联点。当分子量足够大时，一根高分子链就会穿过不同的“多链超分子柱”，由此便产生了体系中的网络结构。实验结果表明，这种网络非常稳固，能有效防止外部应力作用下的塑性形变，即使是在大形变下也能确保体系保持住给定的网络结构，从而确保体系可以回到初始形状。
几根高分子链的成束化导致形成“多链超分子柱”，是侧链高分子的一种新的微相分离形式，也为高分子提供了一种非常独特的缠结结构，表现出非常有趣的分子排列及动力学特征。除了可用于形状记忆高分子材料，这种缠结结构还可以用作构建新的热塑性弹性体，改善高分子材料的力学性能，或是改变高分子熔体的流变行为。
参考文献：R. Y.Zhao, T. P. Zhao, X. Q. Jiang, X. Liu, D. Shi, C. Y. Liu, S. Yang*, E. Q. Chen*, Thermoplastic High StrainMulti-Shape Memory Polymer: Side-Chain Polynorbornene with Columnar Liquid Crystalline Phase, Adv. Mater. 2017, DOI: 10.1002/adma.201605908.
来源：高分子科学前沿
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