由拉伸的形状记忆聚合物制成的人造肌肉在加热时收缩，使人体模型的手臂弯曲。
来源:改编自ACS中央科学2021,DOI: 10.1021/acscentsci.1c00829
形状记忆聚合物在原始、未变形状态和次级、变形状态之间交替。这种变形状态是通过拉伸聚合物而产生的，并通过分子变化来保持，例如动态键合网络或应变诱导结晶，这些变化会被热或光逆转。然后，聚合物通过释放储存的熵能恢复到原始状态。但对科学家来说，让这些聚合物执行能源密集型任务是一个挑战。鲍哲安和他的同事们想要开发一种新型的形状记忆聚合物，它可以拉伸到一个稳定的、高度拉伸的状态，使其在回到原始状态时释放大量的能量。
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研究人员将4-，4 ' -亚甲基双苯基脲单元加入聚(丙二醇)聚合物骨架中。在聚合物的初始状态下，聚合物链缠结无序。拉伸使链对齐，并在尿素基团之间形成氢键，创造了稳定高度伸长状态的超分子结构。加热导致化学键断裂，聚合物收缩到它最初的无序状态。
在测试中，这种聚合物可以被拉伸到原来长度的5倍，存储17.9 J/g的能量——几乎是以前形状记忆聚合物的6倍。该团队证明，这种拉伸材料可以利用这种能量在加热时举起比自身重量重5000倍的物体。他们还将预拉伸的聚合物附着在木制人体模型的上臂和下臂上，制成了人造肌肉。当加热时，材料收缩，导致人体模型在肘部弯曲手臂。研究人员说，除了创纪录的高能量密度外，这种形状记忆聚合物还很便宜(原材料成本约为每磅11美元)，而且容易制造。
这篇论文发表在ACS中央科学．
来源:美国化学学会
