Rapidly switchable water-sensitive shape-memory cellulose/elastomer nano-composites

材料科学 复合材料 弹性体 热塑性聚氨酯 形状记忆合金 形状记忆聚合物 润湿 渗流阈值 渗透(认知心理学) 聚合物 傅里叶变换红外光谱 化学工程 工程类 神经科学 电气工程 生物 电阻率和电导率
作者
Yong Zhu,Jinlian Hu,Hongsheng Luo,Robert J. Young,Libo Deng,Shen Zhang,Ying Fan,Guangdou Ye
出处
期刊:Soft Matter [Royal Society of Chemistry]
卷期号:8 (8): 2509-2509 被引量:195
标识
DOI:10.1039/c2sm07035a
摘要

We report a new phenomenon in which the reversible formation and disruption of a cellulose nano-whisker (CNW) percolation network in an elastomeric thermoplastic polyurethane (TPU) matrix leads to an unprecedentedly rapidly switchable shape-memory effect (SME) that may be activated by water. The materials have been fully characterized to investigate the SME phenomenon using a number of different experimental techniques including cyclic tensile deformation, dynamic mechanical analysis, FTIR and polarized Raman spectroscopy. A model is developed in which it is shown that exposure to water allows breakup of the CNW percolation network so that the flexible elastomer matrix can be deformed to the desired shape. The CNW percolation network reforms after drying to provide a fixing force for the temporary shape. The entropy elasticity of the TPU matrix then enables rapid shape recovery when the CNW percolation network is disrupted again during wetting. This completely athermal water-sensitive SME mechanism is totally different from traditional ones, in which the water or other solvents are used as plasticizers to lower the glass transition temperature of shape memory polymers, so as to allow triggering of the shape recovery at room temperature or lower. The reported work provides a novel and effective strategy to achieve rapidly switchable shape recovery in a material by a simple wetting process and fixing through an easily applicable programmed drying process.

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