輸出應(yīng)力是衡量形狀記憶聚合物性能的重要參數(shù)。基于形狀記憶聚合物和含有納米材料添加劑的復(fù)合材料的致動(dòng)器已被廣泛研究。然而采用低成本材料和可擴(kuò)展制造工藝開發(fā)多功能驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)是非常必要的。特別是對(duì)于SMP基復(fù)合薄膜或纖維，其驅(qū)動(dòng)性能和變形能力需要進(jìn)行優(yōu)化和集成，包括納米填料的關(guān)鍵作用在內(nèi)的機(jī)理需要深入分析。
圖1：PU/CNT復(fù)合纖維的制備
原始 PU/CNT 纖維中的各向異性 CNT 呈隨機(jī)排列。當(dāng)拉伸到一定應(yīng)變時(shí)，CNT 和聚合物鏈會(huì)隨應(yīng)變移動(dòng)，聚合物鏈段之間的部分氫鍵會(huì)形成并固定，從而導(dǎo)致暫時(shí)的拉伸固定狀態(tài)。當(dāng)施加熱刺激使分子鏈之間的氫鍵解離時(shí)，纖維內(nèi)部的應(yīng)力被釋放，內(nèi)部 CNT 和聚合物鏈恢復(fù)到原來(lái)的無(wú)序狀態(tài)。碳納米管的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)使它可以在熱/電兩種致動(dòng)模式下工作，熱致動(dòng)提供了高的驅(qū)動(dòng)應(yīng)力(33 MPa)，快速的響應(yīng)(360 ms)，以及高達(dá)56.3%的致動(dòng)應(yīng)變。通過利用滲透的碳納米管網(wǎng)絡(luò)傳遞到周圍的PU基體的焦耳熱，復(fù)合纖維可以進(jìn)行電致動(dòng)，且達(dá)到了22 MPa的致動(dòng)應(yīng)力。
圖4：PU/CNT復(fù)合纖維在電致動(dòng)提升重物和預(yù)設(shè)計(jì)形狀記憶的演示。
此外，不同于傳統(tǒng)的形狀記憶聚合物，由于PU/CNT纖維在室溫下拉伸時(shí)形成動(dòng)態(tài)鍵連接，因此無(wú)需高溫刺激即可實(shí)現(xiàn)形狀變化。于是在纖維應(yīng)變線性恢復(fù)的基礎(chǔ)上，又進(jìn)一步探究了多維形狀的形狀記憶（圖6）。熱處理過程中纖維被設(shè)計(jì)成多維度的自支撐結(jié)構(gòu)，在外界刺激下（熱/電）可以進(jìn)行可控的空間變形。圖中松樹，繩圈，小房子，彈簧，花朵，折疊結(jié)構(gòu)的形狀記憶說(shuō)明了PU/CNT復(fù)合纖維在一維(應(yīng)變)、二維和三維空間中均具有快速響應(yīng)的形狀恢復(fù)特性。
原文鏈接：http://doi.org/10.1002/advs.202404913
