原標題：攜帶“復雜記憶”的可變形物質(zhì)

　　圖A為一張聚合物膜被永久塑形為一只“鳥”，這只鳥可以臨時地變形為一架“飛機”，然后形狀記憶彈性回復為鳥；也可以繼續(xù)永久地變成其他形狀。

　　很多科研領域都與材料學相關聯(lián)，比如手機屏幕的升級、可穿戴設備的創(chuàng)新，現(xiàn)在又有一種材料完成了進化，為其他領域進一步發(fā)展提供了可能。

　　今年1月出版的美國《科學進展》雜志上報道了中國的研究人員將形狀記憶聚合物完成了升級，這種材料可折疊成各種復雜的形狀，將工業(yè)折紙術提升至新的水平，為醫(yī)療和航天應用提供了廣泛的可能性。

　　來自浙江大學化工學院化學工程國家重點實驗室的教授謝濤在文章中稱，他們研究的這種新型聚合物塑料能夠根據(jù)預設的溫度變化而適時改變自身形狀，而且它可以在不“擦除”之前形狀的情況下改變?yōu)樾碌男螤?，令其適用于難以通過常規(guī)手段由機器或模具制造的復雜部件。

　　為展示其能力，研究人員通過控制折疊與環(huán)境溫度，不斷地使一小片這種新的聚合物材料變形，從飛機的形狀回復成鳥的形狀，再變成風車的形狀，然后又回復成船的形狀。

　　神奇的形狀記憶聚合物

　　形狀記憶聚合物，又被稱為形狀記憶高分子，是指具有初始形狀的制品在一定的條件下改變其初始條件并固定后，通過外界的熱、電、光、化學感應等刺激又可恢復其初始形狀的高分子材料。根據(jù)其回復原理，形狀記憶聚合物又可分為熱致型、電致型、光致型和化學感應型。

　　這種材料本身誕生多年，從上個世紀40年代，研究人員就一直在對可變形的聚合物和金屬進行實驗，這些聚合物和金屬能夠被壓扁、扭曲或彎曲為暫時的形狀，然后在接觸到高溫、光線、濕氣或磁場的時候恢復至它們原有的形狀。雖然形狀記憶聚合物的潛在應用一直被看好，但一直有一項桎梏難以被打破，就是它的原始形狀要么無法改變，要么每次改變的時候都會將上一次的形成原始形狀的“記憶”清除干凈（即失憶）。

　　讓它攜帶記憶

　　雖然一直以來，人們都在適應形狀記憶聚合物“失憶”的狀態(tài)，并力求制造出一次成型的模具，已達到研究人員希望得到的形狀，但是越來越復雜的形狀對模具的制作提出了挑戰(zhàn)。

　　謝濤的團隊卻在一次偶然中看到了形狀記憶聚合物新的未來。一位來自法國的科學家在論文中提到了可逆共價聚合物網(wǎng)絡，其目的是利用結構重組來實現(xiàn)熱固性聚合物的再加工。謝濤團隊則意識到類似機理有可能用于聚合物網(wǎng)絡的塑性變形，并開始研究如何在傳統(tǒng)的形狀記憶聚合物中加入可逆共價鍵?！皞鹘y(tǒng)形狀記憶機理負責彈性形變，而引入的可逆共價鍵則負責塑性形變?！眻F隊成員論文第一作者趙騫博士解釋道。

　　二合為一的新物質(zhì)展現(xiàn)出令人欣喜的變化，就是它的原始形狀不僅可以重新定義，且在此過程中不會失憶，而是可以攜帶著上次加工過的形狀記憶進行多次加工?！斑@類材料屬于可編程物質(zhì)，類似電腦一樣，某些功能可以通過物理編程的方法來改變。形象地說，以前的材料就像功能有限的電腦，其可編程余地比較有限。近十年來的科學發(fā)展，包括我們在2010年《自然》發(fā)表的一項工作大大地拓寬了變形的復雜性，現(xiàn)在一個材料能同時編入很多個臨時形狀已經(jīng)很普通了，我們稱之為多形狀記憶。以往的形狀記憶效應基本集中在臨時形狀記憶的多樣性及可逆性，而我們在《科學進展》的這項工作則指出一個可以將其原始形狀編程的方法。這就可以得到各種各樣、復雜得多的永久形狀。這創(chuàng)造了新的可能性。”謝濤告訴《中國科學報》記者。

　　如此一來，應用到形狀記憶聚合物的相關領域，不再需要受模具的限制，而是可以將復雜的形狀拆解為幾個簡單形狀的疊加，最終得到一個相當復雜的形狀。

　　前景廣闊的基礎研究

　　“可編程物質(zhì)方面的基礎研究很多由美國軍方在推，尤其是美國國防部高等研究院（DARPA），空軍及美國宇航局（NASA）。原因之一他們認為這有可能未來導致一些顛覆性的技術?！敝x濤介紹道，“不過，其實可編程物質(zhì)在任何領域都可以應用，不限于軍事。比如在醫(yī)學領域，尤其是微創(chuàng)手術上有很多的應用例子?！?/p>

　　對此，趙騫補充道，目前醫(yī)學中使用的支架，就可以使用形狀記憶聚合物制作，“它可以縮小為很小的體積，然后通過微創(chuàng)進入人體后，再因為人體的溫度變化，在特定位置展開?！?/p>

　　“我們希望在先進制造技術中有所突破，目前和清華大學在柔性電子制造中已取得一些很有意義的進展。此外，在面對骨骼修復的四維打印方面我們也有一些成果。但其潛力遠遠超出這兩個例子，只是限于人力、物力等資源我們目前只能集中做這些。”謝濤表示。（記者 袁一雪）