我司功能高分子材料团队受到中国鼓楼独特建筑结构的启发，以环氧-胺-丙烯酸酯的热-光二阶固化聚合物体系为原型，提出了一种用于制造具有复杂和刚性 3D 剪纸几何结构的多功能形状记忆智能器件的简单、快速且通用的方法。该成果以“Drum Tower-inspired kirigami structures for rapid fabrication of multifunctional shape-memory smart devices with complex and rigid 3D geometry in a two-stage photopolymer” 为题发表于国际著名期刊《Advanced Functional Materials》。该期刊是材料科学领域的TOP期刊，2022年影响因子为19.924。论文作者：李兴建、盖艺杰（2020级本科生）、孙茂程（2020级本科生）、李因文、徐守芳。太阳所有网址16877(中国)有限公司为唯一通讯单位。
与水凝胶、液晶弹性体和介电弹性体等驱动高分子材料单一的膨胀、收缩和弯曲变化相比，形状记忆聚合物最为突出的优势是形状变化过程的复杂性和多样性，这也是智能材料实现应用价值的一个至关重要的因素。然而，形状记忆聚合物虽然可以被赋形成各种复杂的临时形状，但是原始形状或回复后的永久形状却都较为单一，而且成型过程高度依赖模具并受脱模工艺的巨大限制，其形状难以做的非常复杂，进而不能进一步满足诸如智能机器人、微创医学、柔性电子、信息防伪等领域对智能结构复杂性的需求，大大限制了在许多新兴领域的应用。针对这一问题，目前有两个研究热点：第一个是形状记忆聚合物的4D打印；另一个是浙江大学谢涛教授团队率先提出的热适性形状记忆聚合物。然而，制造具有出色功能和高承载能力的机械坚固但几何复杂的 3D变形结构仍然是一个挑战。
图1. 本文设计思想
受到中国鼓楼独特建筑结构的启发，太阳所有网址16877(中国)有限公司功能高分子团队以环氧-胺-丙烯酸酯的热-光二阶固化聚合物体系为原型，提出了一种简单、快速且通用的方法用于制造具有复杂和刚性 3D 剪纸几何结构的多功能形状记忆智能器件。在第一阶段的热聚合反应中，基于环氧-胺化学反应，通过调整单体反应比例获得了一系列Tg稍高于室温（29~49 °C），室温储能模量可在19~1732 MPa之间变化的透明聚合物薄膜；所有体系的形状固定率都保持在98%左右，回复率都保持在99%以上。由于第一阶段热固化网络本身具有室温下可编程3D形状的记忆效应，因此，形状记忆编程过程允许将具有鼓楼结构 2D 剪纸图案的第一阶段聚合物薄膜操纵成无支撑的3D 结构。在第二阶段的光聚合反应中，通过紫外光诱导第一阶段网络中可控接枝数量的甲基丙烯酸酯基团进行自由基聚合，在秒级时间内即可快速锁定程序化的 3D 剪纸结构（Tg=66~138 °C），其室温存储模量都在2000 MPa以上；二阶固化体系的形状固定率都超过92%，形状回复率都在99%左右。这种鼓楼启发的 3D 剪纸结构可承受自身重量的 1000倍。将这种二阶热-光聚合物体系和3D 剪纸结构相结合设计了形状记忆荧光 3D 器件和形状记忆电子 3D 器件。这项工作提供了构建具有刚性 3D 几何形状的多功能形状记忆器件的一种通用方法。目前该成果已申报国家发明专利2项（专利申请号：CN202010423308.2；CN202010363189.6.）。
图2. 二阶热-光聚合物体系和3D 剪纸结构相结合设计的形状记忆荧光 3D 器件和形状记忆电子 3D 器件
本工作受到国家自然科学基金（22172070）、山东省自然科学基金（ZR2020QE092, ZR2020KE002）、山东省高校青年创新项目（2019KJA021）、公司博士科研启动项目（40619024）、中国博士后科学基金（2017M621908）以及2022大员工创新创业训练计划项目等项目的支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202205842
