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  功能材料是一種在光、電、磁、熱、化學(xué)等外界作用下具有特定功能的材料，隨著各種功能材料種類的大量開發(fā)和性能的不斷提升，它們?cè)陔娮悠つw、柔性機(jī)器人和可穿戴/植入式電子設(shè)備等許多方面顯示出了巨大的應(yīng)用前景。形狀記憶聚合物是一種應(yīng)激性的功能材料，這種材料在常溫下可以維持一種臨時(shí)的形狀，在外界光或熱刺激下會(huì)恢復(fù)到初始形態(tài)。對(duì)熱響應(yīng)形狀記憶聚合物而言，將材料維持在一定形狀并將溫度升到高于轉(zhuǎn)變溫度 (融化溫度或者玻璃化轉(zhuǎn)變溫度) 再進(jìn)行降溫的過程可以得到一個(gè)臨時(shí)的形狀。當(dāng)材料在沒有外力作用下的溫度上升到轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，由于熵的彈性釋放材料又會(huì)回復(fù)到初始的形狀。這種獨(dú)特的性能使得形狀記憶聚合物在生物醫(yī)用器件，柔性機(jī)器人，柔性電子器件和航空航天領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。 

  近日，在中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所所長(zhǎng)、美國(guó)佐治亞理工學(xué)院校董教授王中林院士的指導(dǎo)下，劉瑞遠(yuǎn)博士，匡曉博士和鄧佳楠博士等研究人員利用熱響應(yīng)形狀記憶材料制備了一種可以收集生物機(jī)械能和探測(cè)生物運(yùn)動(dòng)信號(hào)的摩擦納米發(fā)電機(jī)，通過結(jié)合形狀記憶材料的獨(dú)特性能和離子導(dǎo)電液體電極的可流動(dòng)性，這種摩擦納米發(fā)電機(jī)可以隨著不同使用要求改變并且維持特定形狀。除了能夠采集機(jī)械能，這種裝置還可以作為一種多功能的可穿戴柔性自驅(qū)動(dòng)傳感器，該工作展示了功能材料在能量采集器件，自驅(qū)動(dòng)傳感器和柔性機(jī)器人中的新應(yīng)用。 

  研究人員首先利用聚己內(nèi)酯和光引發(fā)劑制備出了拉伸斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到900%的形狀記憶聚合物，并且得到了97%以上的形狀回復(fù)率，顯示出了這種材料優(yōu)異的機(jī)械性能。通過在聚合物內(nèi)部注入導(dǎo)電離子液體，制備出了具有形狀記憶功能的摩擦納米發(fā)電機(jī)，該器件在1000 MΩ的匹配電阻下，得到了282 mW/m2的最大輸出功率，在手動(dòng)拍打收集能量的情況下可以在180 s內(nèi)將一個(gè)100 μF容量的電容器充到1.5 V，能夠用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)電子手表。制備的納米發(fā)電機(jī)在50 ℃熱處理下可以鎖定為特定形狀，沒有外力作用下再次進(jìn)行熱處理又可以回復(fù)到原來的形狀。這種獨(dú)特的性能被應(yīng)用在一種智能的手腕夾板上，當(dāng)手腕觸碰到材料表面時(shí)接觸起電，會(huì)發(fā)出一個(gè)警示信號(hào)，可以對(duì)手腕彎曲過度引起的腕間隧道綜合征起到防治緩解作用。利用熱定型不僅可以實(shí)現(xiàn)裝置在手腕上的良好貼合，反復(fù)的形狀記憶還可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)裝置適用于不同手腕，極大地節(jié)省了使用材料和制作成本。相關(guān)研究工作發(fā)表在近期的Advanced Materials上(doi/10.1002/adma.201705195)。

A. 形狀記憶材料在受熱前（上圖）后（下圖）的分子構(gòu)型示意圖；B. 形狀記憶材料在受熱前（上圖）后（下圖）的照片；C. 形狀記憶摩擦納米發(fā)電機(jī)在生物醫(yī)學(xué)探測(cè)中的應(yīng)用示例。 

  論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201705195/full