上海交通大学印杰-姜学松课题组特约专论：高分子材料图案记忆表面

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自然界生物体表面广泛存在着形貌各异的微纳米图案，这些图案赋予了表面独特的光学、电学、声学、力学以及生物学等特性，其中具有动态多变形貌的表面图案能够实现对材料表面性能实时原位调控，用于构建智能表面。与形状记忆聚合物（shape memory polymer，SMP）能够临时改变外观形状类比，高分子材料中存在能够改变临时拓扑形貌/图案并在外界刺激下(如光、热、电、磁、湿度、压力等)恢复初始状态的一类动态表面材料（图1），对此本文首次将其归纳定义为图案记忆表面（pattern memory surface, PMS）。作为一种新兴的动态刺激响应性智能材料，PMS 受到了越来越多的关注，在浸润性调节、智能显示、电子器件和信息安全等多个领域具有重要的应用前景，涉及化学、物理、材料和生物多个学科交叉领域，是智能材料研究热点之一。
图1. 具有可调控形貌的图案记忆表面然而，由于基底材料对高分子链在微观尺度上的运动具有束缚作用，要想实现对表面图案大范围原位动态调控、从有到无的动态调节仍然面临着诸多挑战。褶皱作为自然界中广泛存在的表面图案之一，具有自发性、多样性、易制备及刺激响应等优点，已逐渐成为制备表面图案特别是动态表面图案的重要手段。近年来，上海交通大学印杰-姜学松课题组将动态交联聚合物网络引入到褶皱体系中，建立了动态表面褶皱图案普适性制备方法，并基于动态褶皱发展了一系列PMS。此外，利用非触式红外实时调控褶皱体系的应变以及撤去红外照射后体系中的残余应力，诱导褶皱细节结构原位擦除与再生，成功实现对微纳米图案形貌可逆调控。有基于此，为了进一步促进高分子表面动态图案研究领域的发展，明晰PMS这一概念，本专论从课题组相关研究出发，力图对PMS所具备的特征进行明确定义和描述，揭示图案记忆行为中的高分子材料力学机制。本专论首先对近年来有关高分子材料PMS 的研究进展进行总结，综述了简单有效、普适性好的多功能动态图案记忆表面的构筑方法。重点讨论了利用褶皱构建记忆性图案表面的相关研究进展，由物理和化学刺激方法，介绍实现图案形貌记忆的途径；同时论述了基于 SMP的拓扑结构与耦合形貌的记忆行为；然后从亲疏水调节、智能显示、动态光栅、细胞操纵和防伪等方面，介绍了PMS的应用前景，并对PMS未来发展进行了展望。
上述工作即将以专论形式在《高分子学报》2021年印刷出版，该项工作得到国家自然科学基金(基金号 52025032，51773114)资助。通讯作者为上海交通大学姜学松研究员。

原文链接：

https://dx.doi.org/10.11777/j.issn1000-3304.2021.21072

来源：高分子学报

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