高能形状记忆聚合物为机器人构建强大的肌肉

拉伸或变形的形状记忆聚合物在加热或照射后将恢复到其原始形状。这些材料在柔性机器人、智能生物医学设备和可展开空间结构方面显示出巨大的潜力。

然而，目前它们储存的能量无法满足需求。根据8日《美国化学会中心科学》期刊》的一篇报道，研究人员开发出了一种形状记忆聚合物，其储存的能量几乎是之前版本的6倍。

形状记忆聚合物可以在初始未变形状态和二次变形状态之间交替。变形状态是通过拉伸聚合物形成的，并通过分子变化保持在原位，如动态键合网络或应变诱导结晶，这可以通过热和光来逆转，聚合物通过释放储存的熵能恢复到其原始状态。但这需要聚合物储存大量能量。因此，研究人员希望开发一种新型的形状记忆聚合物，它可以被拉伸成稳定且高度拉长的状态，并在恢复到原始状态时释放出大量的能量。

美国斯坦福大学科学家领导的研究团队将4，4’-亚甲基双(苯基脲)单元结合到丙二醇聚合物骨架中。在原始状态下，聚合物链是缠结和无序的。拉伸导致尿素基团之间的链排列和氢键的形成，导致稳定的超分子结构处于高度拉长的状态。加热将导致键断裂，聚合物将收缩到其初始无序状态。

在测试中，聚合物可以拉伸到原来长度的5倍，可以储存高达17.9 J/g的能量——，几乎是以前形状记忆聚合物的6倍。研究小组已经证明，拉伸后的材料在加热时可以利用这种能量将物体提升到自身重量的5000倍。

研究人员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，并将其用作人工肌肉。加热时，材料收缩，导致人体模型在肘部弯曲手臂。研究人员表示，除了创纪录的高能量密度，形状记忆聚合物也很便宜，原材料成本约为每磅11美元，易于制造。

让机器人更灵敏，让人造皮肤更贴合，让假肢既有力量又有触感.这些看似不同的想法，都预示着材料行业的一个巨大变化，那就是不再死板。形状记忆聚合物将是强大的，可拉伸的，可生物降解的，甚至是自我修复的。巨大的屏幕也可以折叠成口袋；一层人造皮肤或许能像手机一样实现人与人的交流；残疾人也会有温暖、光滑和细腻的触感.这种高能材料现在看起来很冷，但在未来，它将渗透到生活的各个部分。