仿水母多维度规整网络结构的形状记忆高分子材料的研究

Novel multi-dimensionally homogeneous network structure material with shape memory was designed and would be synthesized in this project based on the jellyfish bionics. Homogeneous networks with different reversible phase have been designed. The shape memory property of the novel materials could be tuned by changing network components, compatibility and the distribution of hard and soft segments to make it having proper micro-phase separation and different phase transition temperatures. Excellent shape memory properties and high mechanical properties are expected to these shape memory polymers due to high homogeneity of their multi-dimensionally homogeneous network structure. In order to find the relationship of the composition, structure and shape memory property, characterization of the structure and performance of the mult-dimensionally homogeneous network materials will also be investigated. In summary, the project will offer theoretical results and basic data supporting for the potential application of shape memory polymers.

本项目从仿生学角度提出设计、合成具有多维度规整网络结构的形状记忆高分子材料。项目拟设计基于不同可逆转变相的规整网络，通过调整这些网络的不同组分及相容性、网络软硬区域分布，使其具有适当的微相分离和不同的相转变温度，利用相转变行为差异赋予多维度规整网络高分子材料形状记忆性能。由于多维度规整网络结构的高度规整性，该形状记忆高分子材料有望获得优异的形状记忆性能如更快的回复速率、更好的形状记忆恢复，以及优异的机械性能等。本项目通过对该多维度规整网络结构和形状记忆性能的研究，揭示其组成、结构和性能之间的关系，为形状记忆高分子新材料的设计以及其潜在的应用提供理论和数据基础。

本项目通过仿生水母的规整性网络结构，将展现优异性能的生物结构和形状记忆原理相结合，设计、构建了基于多维度规整性网络结构的聚D, L-丙交酯形状记忆高分子材料。这种材料通过光催化的巯基-烯点击反应制备，获得了具有窄玻璃化转变的多维度规整性网络。因为可逆相和交联点的均匀分布，聚合物网络展现出优秀的形状固定和恢复性能，具有快速的响应速度，突出的形状记忆循环寿命，而且在一个狭窄的温度范围内可实现多形形状记忆效应。项目对比研究了步增长聚合机理和自由基聚合机理制备的聚D, L-丙交酯形状记忆高分子的网络结构均匀性、机械性能、动态机械性能和形状记忆性能，揭示了聚合物网络均匀性对形状记忆聚合物形状记忆性能的影响规律和机制。.其次，通过选择双键功能化的三嵌段共聚物自组装形成的活性“胶束”和“反胶束”纳米基元作为一级结构，并将这些一级结构通过表面的官能团与单体共聚，在一级结构和二级网络结构间形成稳定的界面嵌入层，设计、构建了具有多级层次共网络结构的形状记忆高分子。对比研究了具有相同化学成份不同网络结构的多级层次共网络结构和传统网络结构形状记忆高分子的机械性能、动态机械性能、结构形态、形状记忆性能和回复速度。从聚合物网络内应力存储、变形时的应力松弛角度解释了多级层次共网络结构增强形状记忆功能的本质和作用机理。.本项目已发表论文6篇，其中SCI收录5篇，影响因子大于3的论文3篇；发表国内会议论文1篇；申请专利一项；培养博士生2名；硕士生2名。本项目所取得的研究成果不仅在高性能形状记忆聚合物研究方面具有重要价值，而且为高机械性能和特殊功能材料的设计提供一种新的思路和方法，将进一步丰富和拓展该领域的理论研究和实际应用。