研究人员对一种光交联聚合物网络进行了优化，以测试单层柔性薄膜能否同时兼具柔软性、可降解性、可反复拉伸性以及光控加热性能。
论文：《具有三维弹性网络和光热响应性的石墨烯集成柔性薄膜》。使用ChatGPT/OpenAI生成的AI概念图
《聚合物杂志》（Polymer Journal）上的一项最新研究报道了一种具有可水解聚合物主链、高伸展性的聚酯基复合薄膜。该薄膜在断裂前伸长率达163.00%，在近红外光照射下，其表面温度在60秒内从24.2 °C升至50.6 °C。
研究人员通过向由紫外线光固化形成的三维（3D）弹性聚合物网络中添加石墨烯，制备出了这种材料。这种组合赋予薄膜高伸展性和快速的光诱导加热性能，这些特性非常适合柔性及可穿戴设备。
为何需要柔性、可降解的材料
随着可穿戴电子设备和可变形传感器等技术的兴起，对柔软、柔性聚合物材料的需求日益增长。这些技术需要能够反复弯曲和拉伸而不会断裂的基材。
许多传统弹性体（包括常见的硅胶和聚氨酯材料）虽然具有良好的机械顺应性，但不可降解，丢弃后仍会残留在环境中。聚（L-乳酸）（PLLA）和聚（ε-己内酯）（PCL）等可生物降解聚合物提供了一种替代方案，但其力学性能可能限制其在柔性设备中的应用。
某些可生物降解聚合物相对较硬或易碎，而PCL虽然柔韧，但通常弹性恢复能力较弱。软性设备所需的材料仍需兼具柔软性、弹性、结构完整性以及对外部刺激的响应能力。
制备水解降解型弹性体
研究人员合成了三嵌段共聚物——聚（L-乳酸-共-ε-己内酯）-b-聚乙二醇-b-聚（L-乳酸-共-ε-己内酯）二丙烯酸酯（PLCL-PEG-PLCL DA）。该结构将可生物降解的PLCL段与柔韧的PEG相结合。在巯基-烯光固化过程中，使用了季戊四醇四(3-巯基丙酸酯)(PETMP)来形成交联聚合物网络。
研究人员将聚合物前驱体与光引发剂 Irgacure 2959 一起溶解在氯仿中。他们通过调节巯基与碳-碳双键的摩尔比来改变网络结构。随后将前驱体溶液注入定制的玻璃模具中，在 365 nm 紫外线下照射 30 分钟，并在 40 °C 下对薄膜进行真空干燥。
为了赋予材料光热响应，研究人员在光固化前将厚度为6-8 nm的石墨烯纳米片混入聚合物基体中。石墨烯含量固定为2 wt%。
通过质子核磁共振（¹H NMR）和傅里叶变换红外（FTIR）光谱对聚合物前驱体进行了表征，FTIR还证实了紫外光固化后网络结构的形成。利用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析了形态和晶体有序性，同时通过差示扫描量热法（DSC）测定了热学性能。
力学性能、降解行为及光热响应
测试表明，紫外光交联抑制了结晶，并形成了完全非晶态的弹性网络。添加PETMP使断裂伸长率从不含PETMP的配方DA-0T中的65.55 ± 6.23%提高到PETMP含量最高的配方DA-1T中的109.13 ± 7.18%。DA-0T仍可进行紫外光固化。添加2 wt%石墨烯后，断裂伸长率升至163.00 ± 8.11%。在此材料中，石墨烯并未表现为刚性填料，也未导致薄膜变脆。
在循环拉伸试验中，该石墨烯复合材料在70%应变下经历了20个加载和卸载循环，仍保持其弹性，弹性损失约为3.70%。扫描电子显微镜（SEM）图像表明，在拉伸过程中，石墨烯片层可在聚合物内部的界面处滑动并重新排列。作者认为这一过程消散了机械能并延缓了裂纹扩展，但该研究并未直接观测到这种滑动现象。
此外，还对薄膜在37 °C、pH 9.0缓冲液中的加速碱性水解进行了测试。薄膜首先吸水膨胀，随后随着聚酯主链中酯键的断裂而碎裂。PETMP含量的增加改变了结构失效模式。
连接更紧密的DA-1T网络在水解进程加剧后发生了相对突然的整体解体，而石墨烯则延缓了可见的碎裂和明显的质量损失。该测试并未确定该材料在人体、土壤、堆肥或常规处置条件下能持续存在多长时间。
在700-1000 nm波长范围内的辐射照射下，不含石墨烯的DA-1T薄膜温度几乎没有上升。而含有石墨烯的DA-1T/G薄膜在10秒内从24.2 °C升至35.3 °C，60秒后达到50.6 °C。这一对比表明，加热响应主要归因于石墨烯。
在可穿戴技术中的前景
该薄膜兼具可拉伸性、水解降解性和快速光热响应性，这有助于其适应运动或不规则的表面。论文讨论了可穿戴设备和柔性接口，但研究人员并未制造或测试可穿戴传感器或生物接口。
含石墨烯薄膜在近红外光照射下可产生局部热量，从而实现光控加热。作者提到了可穿戴热接口、柔性光热贴片、柔性加热元件以及光触发致动。该研究未测试热疗、生物安全性、柔性机器人或致动器操作。这些涉及医疗、生物、机器人及设备层面的问题仍待解决。
复合薄膜的下一步研究
该研究制备了一种集成石墨烯的弹性体，其具有高伸展性、循环弹性恢复能力、在加速测试条件下的水解降解特性以及快速光热加热能力。测量结果证实，同一配方中既具备高可变形性，又具有近红外加热响应。
交联聚合物结构改变了材料的力学和降解行为，同时保留了其光热响应。由于未测试其他纳米填料，因此将该制备方法应用于其他响应性组件仍需进一步研究。
未来的研究可将该薄膜应用于柔性器件原型中进行测试，测量其在同时拉伸和近红外加热条件下的性能，并考察其在更接近实际应用条件下的降解情况。
来源：
Dong, J., Hsu, YI. & Uyama, H. (2026). Graphene-integrated flexible films with a three-dimensional elastic network and photothermal responsiveness. Polym J.
DOI: 10.1038/s41428-026-01255-5, https://www.nature.com/articles/s41428-026-01255-5
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