近年來(lái)，形變可控的應(yīng)激變形聚合物得到越來(lái)越廣泛的關(guān)注，在力學(xué)領(lǐng)域，能夠?qū)崿F(xiàn)形狀轉(zhuǎn)變的雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)得到了越來(lái)越多的研究，而針對(duì)三穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的研究卻依然甚少。而且在傳統(tǒng)聚合物形狀轉(zhuǎn)變領(lǐng)域，關(guān)于可控形變的理論預(yù)測(cè)研究也顯缺乏。

研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)此問(wèn)題，通過(guò)構(gòu)建形狀記憶聚合物/商用橡膠雙層結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)形狀記憶材料的拉伸率以及雙層結(jié)構(gòu)的復(fù)合方式，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料形狀變形的精準(zhǔn)控制及三穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變性能。理論分析及有限元模擬均證實(shí)和闡明了其轉(zhuǎn)變機(jī)理。

圖一. 通過(guò)調(diào)節(jié)復(fù)合材料的拉伸率及粘貼方式實(shí)現(xiàn)材料螺距及曲率可控的形狀轉(zhuǎn)變。

通過(guò)改變雙層結(jié)構(gòu)中形狀記憶材料的拉伸率及復(fù)合方式，研究團(tuán)隊(duì)可以精準(zhǔn)的控制材料形狀變形的螺距及曲率，并且理論分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。

圖二.（a）材料在左旋、右旋及hemihelix形狀之間的三穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變性能；（b）基于能量轉(zhuǎn)換的形狀轉(zhuǎn)變理論分析；（c）有限元模擬雙層結(jié)構(gòu)熱刺激下由直條形狀到hemihelix形狀的轉(zhuǎn)變行為。

通過(guò)調(diào)節(jié)雙層結(jié)構(gòu)的粘貼方式，研究團(tuán)隊(duì)在熱刺激條件下可以得到半螺旋形(hemihelix)的形狀，此形狀具有較好的三穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變性能，而且研究者們通過(guò)理論分析及有限元模擬證實(shí)了其轉(zhuǎn)變行為。

圖三. 四爪模型在溫度刺激下的抓取性能研究。

最后作者構(gòu)建了一個(gè)四爪模型，在熱刺激下其可以抓起其自身重量30倍的重物。此工作為構(gòu)建智能驅(qū)動(dòng)、軟體機(jī)器人等領(lǐng)域提供了新的設(shè)計(jì)思路和理論指導(dǎo)。

原文鏈接： https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/abs/10.1021/acsami.8b21214