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  形狀記憶聚合物（SMPs）作為一種智能材料能夠感知外部刺激并產生響應驅動，具有質量輕、成本低、易賦形、變形量大等優點，被廣泛應用于航空航天、柔性電子、生物醫療等領域。面向航天航空領域中極端高溫環境的應用，對智能材料的變形溫度以及耐熱性提出了更嚴苛的要求。近日，哈爾濱工業大學冷勁松院士團隊在《Chemical Engineering Journal》上發表了題為《An End-capping Strategy for Shape Memory Phthalonitrile Resins via Annealing Enables Conductivity and Wave-absorption》的研究論文，博士生胡容祥為第一作者，冷勁松院士和張風華研究員為共同通訊作者。論文報道了一種基于封端策略調控交聯網絡密度的耐高溫形狀記憶鄰苯二甲腈樹脂（SMPN），兼具耐高溫（T_d5＞445℃）、耐燒蝕、可高溫硬化、退火石墨化后具備導電吸波等特性，集多種功能于一體，有望推進形狀記憶智能材料向高溫領域的應用發展。

  鄰苯二甲腈樹脂是近年來發展起來的一種高性能樹脂，具有高玻璃化轉變溫度和優異的熱穩定性。然而，鄰苯二甲腈樹脂中致密的芳雜環交聯網絡結構束縛了分子鏈段在高溫橡膠態下的運動，使樹脂在高溫下剛性較大無法進行彈性變形，是鄰苯二甲腈樹脂在形狀記憶智能材料領域應用的瓶頸之一。作者提出了一種封端策略調控交聯網絡密度的方法，以單官能度鄰苯二甲腈單體為封端劑，與雙官能度鄰苯二甲腈單體熔融共聚，實現了鄰苯二甲腈樹脂的形狀記憶性能，為航天航空領域可展開結構高溫環境下的變形提供了材料基礎。

  樹脂在具備形狀記憶特性的同時，仍保持了良好的熱穩定性（圖2a-d），SMPN的初始熱分解溫度超過445℃，氮氣氛圍下1000℃的殘碳量均在61.4%以上，具有優異的耐高溫特性。此外，經過惰氣氛圍下的退火處理后，SMPN的結構發生石墨化，XRD和拉曼光譜表明，在600℃時SMPN即已表現出明顯的石墨化結構，隨著退火溫度的提高，SMPN的石墨化程度進一步加深。 

圖2.（a-d）不同封端劑調控的鄰苯二甲腈樹脂的TGA曲線。（e）不同封端劑調控的鄰苯二甲腈樹脂的XRD曲線。（f）不同封端劑調控的鄰苯二甲腈樹脂的拉曼光譜。

圖3. 形狀記憶鄰苯二甲腈樹脂在丁烷火焰下的形狀回復過程

圖4（a）形狀記憶聚合物材料的變形溫度和高溫殘碳量對比圖。（b）500℃退火處理后SMPN的DMA曲線。（c）退火處理SMPN的電導率變化。（d）退火SMPN的導電性能演示圖。（d）退火SMPN的吸波性能。（f）SMPN的未來應用場景示意圖。

  該項研究成果獲得了國家自然科學基金和國家重點研發計劃的大力支持。

  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894724024434