【二硫碘化钾】七夕礼物送什么？两篇论文甩给你

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谁说理工男木讷闷闷的？我们只是更喜欢用自己的方式表达感情。

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以及，

表白：

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再懒一点的，一副扑克牌也能玩出花样。

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爱较真的读者会问，这些都是人家数学领域的在炫技啦，化学•材料方向的科研汪七夕怎么送礼物，有点特别的主意不？

当然有。而且还不是二硫碘化钾这种高中生的小把戏。

比如，用3D打印机打印一朵可以在受热后自折叠成型的玫瑰花：

图片来源：Morphing Matter Lab / Carnegie Mellon University ^[1]

如果妹子喜欢折纸和剪纸，还可以考虑这个纸基“含羞草”：

图片来源：Morphing Matter Lab / Carnegie Mellon University ^[2]

上述工作都是来自小希非常关注的一个团队——卡耐基梅隆大学Lining Yao教授领导的Morphing Matter Lab。当然，他们开发这些有趣材料的目标可不光是好玩，他们关注从纳米到宏观尺度的自适应、动态和智能变形物质的材料、工具和应用，希望“turn fictional future into the present”。^[3]

再回到七夕礼物，考虑到制作复杂程度，小希尤其要推荐低成本、简单的纸基变形装置。除了“含羞草”，还有多种其他形状可供选择，甚至可以自由发挥和创造。先上视频，其中还有有趣的立体书制作→_→

视频来源：Morphing Matter Lab / Carnegie Mellon University

卡耐基梅隆大学的研究者用低成本的3D打印机，甚至用手将含有石墨烯的聚乳酸材料，涂在普通白纸上，并后在70 ℃下对它进行预处理 ^[4]。当施加电流时，高分子材料会受热而膨胀，导致纸张弯曲或折叠；当电流消除时，纸张会恢复到预定的形状。当人的手指接触电路时，装置还可以感知到电流的变化，从而实现触控功能（比如“含羞草”）。

其原理并不复杂，就是利用了“形状记忆效应”。当热塑性聚合物加热至T_g1< T < T_g2或T_g1< T < T_m温度范围时，固定相不会软化，却可以软化可逆相。这时可逆相处于高弹态，施加外力时，分子链段将会沿着外力的方向伸展和取向。此时冷却至T_g1温度以下时，其内部的应力没有达到平衡，应力被冻结在分子链段中。当再次加热时，被冻结的可逆相的分子链段就会再次被软化，释放应力，使分子链段恢复到其原始形状。

说到“形状记忆效应”，我们再聊一篇近期AM的封面文章 ^[5]，瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）Paolo Testa、Eric Dufresne和Laura Heyderman等研究者研发出一种新的“形状记忆效应”材料 ^[5]，这种形状记忆不像传统方法中那样利用热驱动，而是由磁场来激发。

当期AM封面。图片来源：Adv. Mater.

下面动图中，它看起来像一个魔术——复合材料被镊子挤压成一定形状，然后暴露在磁场中，即使镊子被移除，这种形状也会保留下来。而当磁场被移除时，材料就会恢复到原来的状态。

图片来源：Adv. Mater. ^[5]

视频中的“黑丝带”由两种成分组成，将商用磁流变流体封装到聚（二甲基硅氧烷）基质中，细小的液滴均匀地分布在复合材料中。

磁流变流体-聚合物复合材料。图片来源：Adv. Mater.

该材料非常柔软，可先印制图案并在施加磁场条件下保持图案数天；当远离磁场时，复合材料在不到1 s的时间内回到其原始形态（上图c）。其原理也并不复杂，当不施加磁场时，结构中磁流变流体没有择优取向；而当施加磁场后，结构沿磁场方向部分取向，因此可以保持形变。该复合材料的“形状记忆”具有可重复性，能够反复使用。

研究者还测试了复合材料的X射线断层图像，证实了聚合物中液滴的长度在磁场的作用下增加，并且部分地沿着磁场排列，这使材料经历不同寻常的硬化转变，剪切模量增加了近30倍。

流体体积分数对材料刚度和结构的影响。图片来源：Adv. Mater.

新型智能变形材料在医学、航空航天、机器人技术等领域有着广泛的应用。例如，在微创手术中，通过血管被推到体内手术部位的导管可以改变其硬度，从而在需要时固化，较少副作用。在太空探索中，磁性形状记忆材料，可以自行折叠，形成所需的部件，比如月球车的轮胎。当然，你也可以印上你的爱情宣言。

写在最后：

材料都有记忆，你在我人生中又怎能不留下足迹。爱情如歌，唯与你的一路，风雨兼程，犹如一抹清幽，成为我们最美的记忆。祝天下有情人终成眷属，礼物嘛，还是早下手准备的好。

参考资料：

1.

2.

3.

4. G. Wang, T. Cheng, Y. Do, H. Yang, Y. Tao, J. Gu, B. An, L. Yao, Printed Paper Actuator: A Low-cost Reversible Actuation and Sensing Method for Shape Changing Interfaces, CHI 2018, April 21–26, 2018, Montreal, QC, Canada, DOI: 10.1145

5. P. Testa, R. W. Style, J. Cui, C. Donnelly, E. Borisova, P. M. Derlet, E. R. Dufresne, L. J. Heyderman, Magnetically Addressable Shape-Memory and Stiffening in a Composite Elastomer, Adv. Mater., 2019, DOI: 10.1002

（本文由小希供稿）