熱塑性聚氨酯彈性體（TPU）以其優異的長程形變能力、可調的強度和模量等優異性能在諸如柔性電子、人工肌肉、致動器等領域具有重要應用。TPU的分子結構由軟段和硬段交替共聚而成，其中硬段通過超分子組裝形成硬相，維持材料良好的模量、強度和回彈性，軟段則利用其構象調整賦予TPU長程形變能力。然而，硬段間的超分子組裝在長程形變時往往會發生動態解離和重新締合，造成TPU回彈受阻。
聚合物分子鏈高效回彈的本質源自熵彈性。然而，熵彈性理論的前提模型是理想鏈，即忽略了分子間作用力的影響，導致與實際材料的回彈能量不符，造成不同程度的熵損失。鑒于此，中科院寧波材料所陳海明副研究員、茅東升研究員提出利用回彈時的負焓效應補償因分子間作用力引起的熵損失，從而獲得了在長程形變時仍高達95%的即時回彈效率。以“Negative Enthalpy Variation Drives Rapid Recovery in Thermoplastic Elastomer”為題發表在最新一期的《Advanced Materials》期刊上。
1.設計思路
圖1. 雙軟段TPU的設計思路和結構分析。（a）結晶誘導相分離增加了界面能；（b）LCST體系應力誘導自由能升高；（c）合成TPU所用的化學藥品分子結構；（d）DSC和（e）DMA曲線證明PCL和PTMEG在拉伸之前處于熱力學相容狀態；（f）雙軟段TPU的微觀結構示意圖。
2.回彈性
圖2. （a）T2C0A1, T1C1A1和T0C2A1的應力-應變曲線；（b）T2C0A1, T1C1A1和T0C2A1的循環應力-應變曲線；（c）T1C1A1的回彈性與其它優異彈性體的對比；（d-f）不同最大應變處回彈時的應力-應變曲線；（g）T1C1A1的回彈效率和滯后比隨最大應變的演化規律；（h-i）回彈效率與溫度、頻率的關系。
3.形態追蹤
圖4. T1C1A1的1D SAXS（a-d）和1D WAXS曲線（e-h）；（i）T1C1A1在形變過程中的微觀結構演化示意圖。
4.氫鍵密度和軟相對稱性的影響
圖5. （a）不同溫度T1C1A1的應力-應變曲線；（b）T1C1A1的拉伸力-溫度關系；（c）T1C1Az的應力-應變曲線；（d）T1C1Az的回彈效率和滯后比；（e-f）TxCyA1的回彈效率和滯后比。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202311332
