浙大高超團隊等人開發出超快（kuài）響應的形狀記憶高分子（zǐ）/石墨烯複合材料
浙大高（gāo）超團隊等人開發出（chū）超快響應的形狀（zhuàng）記憶高分子/石墨烯複合材料
形狀記憶高分子材料可以（yǐ）在外界刺激下按照既定（dìng）的程（chéng）序變形，這使得它在驅動器、傳感器、藥（yào）物傳輸等方麵具有巨大的應用前景。由於高分子材料本身（shēn）的低導熱係數和緩慢的鏈運動速率，形狀記憶高分子材料的響（xiǎng）應（yīng）速度較其它形狀記憶材（cái）料（如形狀記憶（yì）合金）仍然具有很大（dà）的差（chà）距。
主要內容
近日，浙大高超（chāo）（共同通訊（xùn））、許震（共同通訊）團隊與馬列（共同通訊）團隊及其（qí）他合作者共同努力，突破了（le）這一響應速度難題。該項工作（zuò）以高度可拉伸的石墨烯氣凝（níng）膠為模（mó）板，在其內部構築由聚己內酯（polycaprolactone，PCL）納米（mǐ）薄膜（2.5-60nm）搭建而成的形狀記憶網絡（luò）。其中，石墨烯納米網絡作為快速能量轉換（huàn）和能量注入通道，PCL納米網絡作為快速能量傳遞（dì）和形變載體。這種具（jù）有PCL/石（shí）墨烯互穿網絡（luò）結構的氣（qì）凝膠納米複合（hé）材料在電信號刺激下，響（xiǎng）應時間（jiān）僅為（wéi）50毫秒（miǎo），響應速（sù）度達175±40 mm s-1，最大形變約100%。該（gāi）工作以“Millisecond Responseof Shape Memory Polymer Nanocomposite Aerogel Powered by Stretchable GrapheneFramework”為題發表（biǎo）在ACS Nano上。
圖一.傳統形狀記（jì）憶高分（fèn）子共混複合材料和複合氣（qì）凝膠（本文）示意圖
傳統的形狀記憶高分子複合材料多（duō）采用與導電（diàn）添加劑共混的方法製備，從而導致導電網絡到SMP基體的熱傳導距離（lí）一般在微米級。然而，高分子材料（liào）的熱導率一（yī）般都較低（dī）(比如（rú）本文使用的聚己內酯（zhǐ）PC，~0.3 W mK-1)，這就導致傳統的共混形狀記憶高分（fèn）子材（cái）料的響應時間一般在秒級以上。此項研究以高度可拉（lā）伸的氣凝膠為（wéi）模板（bǎn），在其表麵構築納米級聚己內酯連續納（nà）米層（2.5-60 nm），減少熱傳遞距離。
浙大高超團隊等人開發出超快響應的形狀記憶高分子/石墨烯複合材料
圖二.a-e，該複合氣凝膠材料的微觀結構
此項研究所使用的（de）可拉伸氣凝膠是基於團隊2018年的“Highly Stretchable Carbon Aerogels”工作（Nat.Commun.2018，9，881）進行展開（《自然·通訊》浙大高超教授團隊研發出高可（kě）拉伸全碳氣凝（níng）膠彈性體）。利（lì）用石墨烯氣凝膠作為快速（sù）的能量注入和轉換骨架，實現SMP快速相轉（zhuǎn）變。最終得到響應時間（jiān）在毫秒級（50 ms），伸長率在100%以上的超輕複合氣凝膠材料（liào）。
浙大高超（chāo）團（tuán）隊等（děng）人開發出超快響應的（de）形狀記憶高分子/石墨烯複合材料（liào）
圖三.石（shí）墨（mò）烯/PCL複合氣凝（níng）膠（jiāo）的形狀響應性能
同時，該項工作利用浙大航空航（háng）天學院的王宏（hóng）濤課題組自主開發的原位TEM樣品杆，觀察到複合氣（qì）凝膠基本組成單元—石墨烯（xī）/PCL複（fù）合片在電刺激（jī）下的形狀記憶行為。
浙大高超團隊等人（rén）開發出超快響應的形狀記憶高分子/石墨烯複合材料
圖四（sì）.石（shí）墨烯/PCL複合單片的形狀記（jì）憶行為
該快速響應的超輕複合氣凝膠材料具有廣闊（kuò）的（de）應用前景，可被設計為超快速熔斷器來保（bǎo）護精密電（diàn）路，在過載情（qíng）況下，可在134 ms內斷路，保（bǎo）護用（yòng）電器（qì）。同時，它還可以與電磁（cí）鐵結合（hé），做（zuò）為微型振蕩器。
浙大（dà）高超團隊等人開發出超快響應的形狀記憶高分（fèn）子/石墨烯複合材料
圖五.石墨烯/PCL複合氣（qì）凝膠（jiāo）的應用
高（gāo）超教授的博士研究生郭凡為論文第一作者，馬列教授的博士研（yán）究（jiū）生鄭曉聞為論文第二作者。浙江大學高分子科學（xué）研究（jiū）所馬列（liè）教授和浙江大學航空航天學院王宏濤教授為這個工作（zuò）的完成提供了大力支持和合作指導（dǎo）。論（lùn）文得到了國家重點研發計劃、國家自然科學（xué）基金委（wěi）等相關經費的資（zī）助。
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