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 形狀記憶聚合物（SMPs）是智能高分子材料的一種，其傳統(tǒng)的定義是指能夠?qū)ν饨绱碳みM(jìn)行響應(yīng)的聚合物，在受到外界刺激后，它可以由原始形狀變化為臨時(shí)形狀，最后能夠回復(fù)到原始形狀。目前，人們已經(jīng)能夠制備一些具有單向（one-way）、準(zhǔn)雙向（quasi two-way）、可逆雙向（reversible two-way）形狀記憶及多級形狀記憶效應(yīng)的SMPs。其中，由于雙向形狀記憶過程是可逆的，樣品不需要使用者進(jìn)行再次變形，就可以在原始形狀與臨時(shí)形狀之間進(jìn)行可逆轉(zhuǎn)換，因此具有極高的實(shí)用價(jià)值與廣闊的應(yīng)用前景。

圖1 雙向形狀記憶結(jié)晶聚合物及其復(fù)合材料的基本構(gòu)成與結(jié)構(gòu)/變形特點(diǎn)

（高分子學(xué)報(bào)，2017, 4, 563-579）

在全球提倡低碳環(huán)保的大背景下，生物可降解材料的發(fā)展和應(yīng)用成為研究者們關(guān)注的熱點(diǎn)。脂肪族聚酯材料因其生物降解性、生物相容性和較好的綜合性能等優(yōu)點(diǎn)使其在環(huán)保和醫(yī)用領(lǐng)域等具有良好的應(yīng)用前景。聚丁二酸丁二醇酯（PBS）具有相對較高的熔融溫度（~110 °C），較好的力學(xué)性能，但是其耐沖擊性稍差，且較高的結(jié)晶度導(dǎo)致降解速率較慢。聚己內(nèi)酯（PCL）具有較好的韌性，但是其熔融溫度較低（~50 °C），力學(xué)強(qiáng)度較低。通過共聚反應(yīng)制備的PBS-co-PCL多嵌段共聚物能夠兼具二者的優(yōu)點(diǎn)。由于材料的微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和生物降解速率與其結(jié)晶行為有非常大的關(guān)系，PBS-co-PCL多嵌段共聚物結(jié)晶行為的研究非常重要。 鑒于此，中國科學(xué)院化學(xué)研究所董俠研究員與多位合作者，通過各種測試技術(shù)從微米到納米尺度，研究了PBS-co-PCL多嵌段共聚物（BS50CL50）中由結(jié)晶和熔融行為所產(chǎn)生的可逆的片晶周期性結(jié)構(gòu)，并提出了一個(gè)機(jī)理模型來解釋材料的微觀結(jié)構(gòu)演化。

該工作的第一完成人為化學(xué)所博士后黃淼銘，合作者包括王莉莉博士、鄭柳春副研究員、劉國明副研究員、李春成研究員、王篤金研究員，北京市理化分析測試中心高峽研究員和西班牙巴斯克大學(xué)Alejandro J. Müller教授。

研究發(fā)現(xiàn)，共聚物首先在82 °C進(jìn)行恒溫結(jié)晶時(shí)，可以形成典型的環(huán)帶球晶形貌，是一種“breakout”結(jié)晶，此時(shí)，在SAXS曲線上出現(xiàn)兩個(gè)衍射峰。高-q峰歸屬于在PBS-rich相形成的PBS片晶周期結(jié)構(gòu)，其無定形區(qū)包括無定形的PBS分子鏈和熔融狀態(tài)的PCL分子鏈；低-q峰歸屬于在PCL-rich相形成的PBS片晶周期結(jié)構(gòu)，其無定形區(qū)尺寸較大，包含大量的熔融狀態(tài)的PCL分子鏈。當(dāng)共聚物降溫到36 °C進(jìn)行恒溫結(jié)晶時(shí)，PCL在原來的PBS球晶內(nèi)部進(jìn)行結(jié)晶，形成PBS與PCL片晶共存的雙結(jié)晶結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致低-q峰的強(qiáng)度顯著下降，而高-q峰的強(qiáng)度稍微增加。在重新升溫過程中，當(dāng)PCL結(jié)晶重新熔融時(shí)，高-q峰仍然存在，而低-q峰的強(qiáng)度又顯著增加，這證明了片晶周期性結(jié)構(gòu)的可逆性。 該研究闡明了結(jié)晶和熔融行為所產(chǎn)生的可逆的片晶周期性結(jié)構(gòu)的本質(zhì)，深化了本領(lǐng)域研究人員對多嵌段共聚物的結(jié)晶行為和微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。 相關(guān)報(bào)道見 Macromolecules, 2018, 51, 1100-1109 。另外，通過控制多嵌段共聚物的組成（PCL含量較多）、PBS的結(jié)晶（較小的結(jié)晶度與結(jié)晶尺寸）與合適的形變，可以使PBS-co-PCL多嵌段共聚物表現(xiàn)出更高的形狀記憶性能（ ACS Applied Materials & Interfaces, 2017, 9, 30046-30055 ）。

圖2 在兩步恒溫結(jié)晶和重新熔融過程中，PBS-co-PCL多嵌段共聚物的微觀結(jié)構(gòu)演化機(jī)理（Macromolecules, 2018, 51, 1100-1109）

在形狀記憶性能及其機(jī)理的研究中，該團(tuán)隊(duì)之前的系列研究工作探討了聚己內(nèi)酯基的單組分、嵌段聚合物、共混體系及聚氨酯納米填充體系的形狀記憶行為及其機(jī)理，構(gòu)筑了不同體系的多尺度微觀結(jié)構(gòu)，討論了凝膠含量、嵌段結(jié)構(gòu)、分相控制和界面影響等多因素對形狀記憶性能的影響（ Polymer, 2014, 55, 4289-4298 ; RSC Advances, 2014, 4, 55483-55494; RSC Advances, 2015, 5, 50628 -50637 ）。2017年發(fā)表的綜述文章“雙向形狀記憶結(jié)晶聚合物及其復(fù)合材料的研究進(jìn)展”，總結(jié)了近年來雙向形狀記憶結(jié)晶聚合物及其復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀、制備方法、影響因素及機(jī)理，并對其研究前景進(jìn)行了展望。