2023年12月1日，浙江理工大学材料学院的研究者在《ACS Macro letters》上发表题为Digital Laser Direct Writing of Internal Stress in Shape Memory Polymer for Anticounterfeiting and 4D Printing的研究论文，提出了在体系简化的热塑性SMPs中拓展一种更简单但高度可控的内应力编程方式。

原文链接：

https://pubs.acs.org/10.1021/acsmacrolett.3c00638

 研究简介 

形状记忆聚合物（SMPs）是一类能固定临时形状并在特定刺激下恢复到永久形状的智能材料。SMP的形状回复路径与储存在临时形状中的内应力紧密相关，但在诸多研究中往往忽视了内应力这一形状变化驱动力。偏振光下借助双折射效应可将内应力可视化，这将推动关于内应力的研究进展。传统的SMP形状和内应力紧密耦合互相影响，无法单一调控，这也是材料永久形状在制备完成后难以重新编程的原因。动态键为此提供了一个思路，动态键交换能在材料形状固定时松弛内应力，实现形状和内应力的解耦。近期发展的热适性SMP，通过动态键交换使临时形状塑化为永久形状，从而实现三维形状成型。然而，这种固态塑形技术依赖于均匀的应力松弛，在塑形时需要施加复杂的外力；同时体系涉及特定的复杂网络合成来引入动态键。基于此，作者希望在体系简化的热塑性SMPs中拓展一种更简单但高度可控的内应力编程方式。

图1 聚乳酸形状和内应力的耦合关系以及内应力的编程机制示意图

图2 偏振光下的内应力图案和防伪标签应用

图3 区域化编程的内应力释放后得到的4D打印形状

 研究结论 

作者开发了一种简单但极其灵活的方法，通过激光直写技术来调控热塑性SMP中的内应力分布。激光扫描的数字化编程特性使得应力分布可以时空精确控制。几何形状和内应力之间的解耦可以创造更多可能性。内应力分布在偏光下产生的颜色为图案防伪提供了一种除染料、荧光和光子晶体之外的新思路。同时，均匀加热释放编程的内应力，2D薄膜可随时间自发地转变为3D永久形状，实现4D打印。未来可以进一步探究内应力对材料电学、光学和力学的潜在影响和应用。