生物环氧/石墨烯纳米片复合材料作为先进形状记忆材料的潜力探索

本研究针对传统石油基环氧树脂不可持续的问题，开发了含28%生物基成分的环氧树脂/GNPs（石墨烯纳米片）复合材料。通过引入GNPs作为光热填料，实现了近红外（NIR，808 nm）和热双响应驱动，断裂韧性提升238.5%，形状固定率达96%。该材料在航空航天、软机器人等领域展现出环境友好型高性能驱动器的应用潜力。

　　

在追求可持续发展的全球背景下，传统石油基环氧树脂的环境问题日益凸显。形状记忆聚合物（SMP）因其在航空航天、生物医学等领域的应用潜力备受关注，但现有材料普遍存在机械性能不足、响应模式单一等问题。如何开发兼具高性能、多响应特性和环境友好型的新型SMP材料，成为材料科学领域的重大挑战。

为解决这一问题，来自阿姆瑞塔大学的研究团队在《Materials Research Bulletin》发表研究，以含28%生物基成分的环氧树脂为基体，石墨烯纳米片（GNPs）为光热填料，开发出双响应（热/NIR）驱动的生物环氧复合材料。研究通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和拉曼光谱等技术证实了GNPs的均匀分散，其独特的SP³
/SP²
杂化结构（D峰1340 cm^?1
，G峰1575 cm^?1
）显著提升了材料性能。

主要技术方法
研究采用绿色法制备GNPs，通过超声剥离石墨获得纳米片层；利用生物基环氧树脂（Briozen YD 127G）和单宁酸固化体系构建复合材料；通过SEM、TEM、XRD和动态力学分析（DMA）表征材料结构与性能；采用808 nm NIR激光测试光热响应行为。

研究结果

1. 材料表征：GNPs的均匀分散形成三维导热网络，复合材料结晶度提升，储能模量增加。
2. 机械性能：0.5 wt% GNP添加量下，断裂韧性达238.5%，远超纯树脂体系。
3. 形状记忆效应：形状固定率从91%（纯树脂）提升至96%，NIR照射下10秒内完成形状恢复。
4. 热性能：GNPs使热导率提升3倍，玻璃化转变温度（T_g
   ）提高15℃。

结论与意义
该研究开创性地将生物环氧与GNPs结合，实现了材料可持续性与高性能的统一。其双响应特性（热/NIR）为远程驱动提供了可能，在可植入医疗器件（如自展开支架）和空间可展开结构等领域具有重要应用价值。研究团队特别指出，单宁酸固化体系虽延长了工艺时间，但显著提升了交联密度，这一发现为生物基固化剂的优化提供了新思路。未来通过调控GNPs的界面相互作用，有望进一步拓展此类材料在4D打印和智能纺织品中的应用边界。