可變形材料及結(jié)構件可以通過幾何形狀的轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)對不同功能或環(huán)境的適應，其在智能電子器件，機械機器人，可展折疊結(jié)構等領域的創(chuàng)新應用具有重要意義。形狀記憶高分子可在加熱時由硬變軟從而可以被賦予新的形狀，并在降溫后材料重新變硬并可固定住此臨時形狀。這一過程就是形狀記憶高分子的熱編程，已被廣泛用于可變形結(jié)構設計。熱編程通常利用全結(jié)構加溫 （比如利用水。⒆冃、冷卻的方式，但這樣的加熱冷卻方式不利于局部編程，從而限制了變形設計及編程的自由度。為提高設計和編程自由度，能否對材料進行冷編程呢？答案是可能的。冷編程利用高分子松弛時間的應力相關性使材料在高應力下進入塑性變形，從而鎖住編程形狀，加熱之后，塑性變形可以恢復，從而完成一個形狀記憶循環(huán)。冷編程需要高分子材料在屈服之后不被破壞以及對塑形變形的控制，這些對材料力學性能以及結(jié)構的精確設計提出了極高要求。佐治亞理工學院齊航教授團隊最近開發(fā)的灰度3D打印技術 （Nat. Comm. 14， 1251，2023），可在大范圍內(nèi)調(diào)控打印材料的力學性能，為這一構想提供了可能。近日，團隊基于此打印技術和結(jié)構力學設計，提出了冷編程灰度4D打印，實現(xiàn)了無需加熱、可在室溫下冷編程的可變形結(jié)構。該工作發(fā)表在了 Nat. Comm. (14，5519，2023）。
圖一：灰度光聚合打印多材料形狀記憶高分子的性能及演示
圖二：灰度光聚合打印的多材料鉸鏈結(jié)構冷塑變形的原理與實驗展示
圖三：灰度光聚合打印的可變形結(jié)構實現(xiàn)局部可控變形展示
圖四：灰度光聚合打印的可編程陣列結(jié)構的冷塑變形展示
圖五：灰度光聚合打印實現(xiàn)的多級溫度響應性形狀可變結(jié)構
冷塑型鉸鏈兼具形狀記憶高分子的熱響應特征；叶却蛴】梢造`活調(diào)整鉸鏈結(jié)構的兩相材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，從而改變鉸鏈結(jié)構的熱響應溫度。如圖五所示，利用B3，B2及B1的不同組合，課題設計出不同響應溫度的鉸鏈單元。利用這些鉸鏈單元，可以制造出具有多級溫度響應的復雜可變形結(jié)構。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-41170-4
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