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  傳統的電子設備，新興的可穿戴電子設備和軟體機器人等，普遍具有恒定的力學狀態，不會隨時間或工作條件變化而改變。然而靜態力學特征越來越無法滿足復雜場景的應用需求。相比于傳統的剛性材料或軟質材料，力學性能可轉變的動態材料可以適應較為復雜的外部環境，按需實現剛度等力學性能轉變，在智能柔性電子，可重構設備以及人造肌肉等領域顯示出巨大的潛在應用價值。然而目前基于其它機理的力學轉變策略，比如動態共價或非共價鍵、刺激響應材料、玻璃化轉變等等，普遍無法實現較大程度的力學轉變，從而限制了其在復雜環境中的應用。因此，如何在力學可轉變體系中實現更大程度的剛度或模量改變是仍需解決的一個重要挑戰。

  鑒于此，近日，四川大學高分子科學與工程學院楊偉教授團隊利用結晶性聚合物的結晶-熔融或熔融-結晶可逆轉變特性，提出了相變介導的力學動態轉變凝膠，即通過結晶性聚合物在熱刺激下的相轉變來控制凝膠宏觀力學性能轉變。采用原位聚合交聯策略，以熔融狀態下的聚乙二醇（PEG）為凝膠介質，熱引發誘導前驅液形成三維交聯網絡將PEG束縛其中，得到動態相變凝膠（圖1）。由于相變材料物理狀態的變化（固-液或液-固），復合凝膠在相變前后能夠發生10⁵級別的模量轉變，同時三維交聯網絡含量可用于調控相變凝膠力學轉變程度，從而使得可根據不同應用場景的要求，按需調控其動態力學轉變。相關工作以“Phase Change Mediated Mechanically Transformative Dynamic Gel for Intelligent Control of Versatile Devices”為題發表在Materials Horizons（DOI: 10.1039/D0MH02069A）上。

圖1.動態相變凝膠的制備以及相應的力學轉變。

  采用原位聚合交聯策略實現了三維交聯網絡對相變材料的原位封裝，可防止相變材料在熔融狀態下發生泄漏，同時又能帶來力學均一性。動態熱行為和熱機械性能表征證明了動態相變凝膠在溫度刺激下會發生可逆的結晶熔融轉變，從而引起模量最高達10⁵級別轉變。此外，由于交聯網絡會對相變材料的結晶有一定的抑制作用，通過調控交聯網絡含量，可控制相變凝膠的結晶程度，進而實現相變凝膠不同程度的力學轉變，以適應不同應用場景的需求。

圖2.相變凝膠的熱力學表征。

  本工作提出了一種可用于控制復合材料力學動態轉變的通用策略。作者也展示了基于該策略的力學轉變動態凝膠在界面粘附，形狀記憶抓手以及溫度預警傳感器等領域的應用潛力。

圖3.動態相變凝膠在熱界面粘附中的應用

圖4.相變凝膠在仿生抓手方面的應用

圖5.動態相變凝膠在高溫預警傳感器方面的應用

  論文的第一作者為四川大學博士生趙星，通訊作者為四川大學楊偉教授和柯凱副研究員。研究工作得到了國家自然科學基金（51873126， 52003170）的資助與支持。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1039/D0MH02069A

  課題組網站：http://www.polymeryangscu.com/