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當拉伸或變形時，形狀記憶聚合物在加熱或光照后會恢復到原來的形狀。這些材料在軟機器人、智能生物醫(yī)學設(shè)備和可展開的空間結(jié)構(gòu)方面顯示出巨大的潛力，但直到現(xiàn)在它們還不能儲存足夠的能量。現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種形狀記憶聚合物，其存儲的能量幾乎是以前版本的六倍。
形狀記憶聚合物在原始未變形狀態(tài)和二次變形狀態(tài)之間交替。變形狀態(tài)是通過拉伸聚合物產(chǎn)生的，并通過分子變化保持在適當?shù)奈恢茫鐒討B(tài)鍵合網(wǎng)絡(luò)或應變誘導結(jié)晶，這些變化通過熱或光逆轉(zhuǎn)。然后聚合物通過釋放存儲的熵能恢復到其原始狀態(tài)。但讓這些聚合物執(zhí)行能源密集型任務對科學家來說具有挑戰(zhàn)性。包哲南及其同事想要開發(fā)一種新型形狀記憶聚合物，它可以拉伸成穩(wěn)定的、高度拉長的狀態(tài)，使其在恢復到原始狀態(tài)時釋放大量能量。
開發(fā)新聚合物的關(guān)鍵是弄清楚如何控制材料冷卻或拉伸時發(fā)生的結(jié)晶。當材料變形時，聚合物鏈會局部拉伸，聚合物的小片段在稱為微晶的小區(qū)域（或域）中沿相同方向排列，將材料固定成暫時變形的形狀。隨著微晶數(shù)量的增加，聚合物形狀變得越來越穩(wěn)定，使材料越來越難以恢復到其初始或“永久”形狀。
研究人員將 4-,4'-亞甲基雙苯基脲單元結(jié)合到聚（丙二醇）聚合物骨架中。在聚合物的原始狀態(tài)下，聚合物鏈是纏結(jié)和無序的。拉伸導致鏈對齊并在尿素基團之間形成氫鍵，從而產(chǎn)生穩(wěn)定高度伸長狀態(tài)的超分子結(jié)構(gòu)。加熱導致鍵斷裂，聚合物收縮至其初始無序狀態(tài)。
在測試中，該聚合物可以拉伸至其原始長度的五倍，并儲存高達 17.9 J/g 的能量——幾乎是之前形狀記憶聚合物的六倍。該團隊證明，拉伸后的材料可以利用這種能量在加熱時舉起自身重量 5,000 倍的物體。他們還通過將預拉伸的聚合物連接到木制人體模型的上臂和下臂來制造人造肌肉。加熱時，材料收縮，導致人體模型在肘部彎曲手臂。除了其記錄高能量密度，形狀記憶聚合物也便宜并且易于制作。