形状记忆聚合物(SMPs) -当前研究和未来应用gydF4y2Ba

形状记忆材料经过严重的准塑性变形后，在适当的刺激下能够恢复其原始形状亚博网站下载gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba．这种现象被称为形状记忆效应(SME)，在许多材料系统中都发现了这种现象，包括一些合金、聚合物和陶瓷等gydF4y2Ba^{2 - 6gydF4y2Ba}．从技术上讲，在SMM社区中，固定临时形状(扭曲形状)的过程称为编程，随后是形状恢复过程，完成一个完整的周期。gydF4y2Ba

传统上，我们称那些具有SME特性的聚合物为形状记忆聚合物(SMPs)。我们一直致力于改进现有的smp，并开发新的smp，以满足定制的性能和特殊功能gydF4y2Ba^{7号到9号gydF4y2Ba}．根据用于诱导SME的刺激类型，几乎所有现有的SMP分为三大类，即热响应SMP(通常通过加热方式，包括感应加热、焦耳加热、机械加热和光加热等)。光响应性SMP(不同波长但不含任何热量的光)、化学响应性SMP(化学物质，如水、乙醇等)gydF4y2Ba^{10－12gydF4y2Ba}．gydF4y2Ba

事实上，一个特定SMP的形状恢复可能由几种不同的刺激触发。例如，热、水和乙醇都是聚氨酯及其复合材料的可能刺激因素。smp相对于金属元件的其他优点包括高可恢复应变和易于调节的性能等gydF4y2Ba^{13 - 15gydF4y2Ba}．此外，最近的科学研究还表明，几乎所有的聚合物本质上都具有SME特性，并且具有热和化学响应性，即大多数聚合物中的SME既可以被热激活，也可以被化学触发。gydF4y2Ba

在聚合物中SME有三种可能的主要工作机制。以热敏聚合物为例:gydF4y2Ba

1. 我们可以把它加热到玻璃化温度(TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba)，并很容易使其变形(因为它处于橡胶状态)。当冷却回到低于它的TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba，然后卸载以消除约束，除了一些弹性恢复(因为聚合物处于玻璃态)外，扭曲的形状在很大程度上保持了。再次加热到高于TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba，微布朗运动使聚合物恢复到原来的形状。聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)是这种机理适用于聚合物的典型例子(图1)。gydF4y2Ba
2. 在第二种工作机制中，聚合物中有两个段/域，其中一个总是弹性的(弹性成分)，而另一个能够显著改变其刚度，取决于是否施加热量(过渡成分)。PU具有典型的硬/软段结构，是这类机构的一个很好的例子(见图2)。gydF4y2Ba
3. 第三种机制利用聚合物本身作为弹性和过渡成分。当蜡被加热以达到部分熔化时，固体部分充当弹性部分，而熔化部分主要充当过渡部分。图3演示了蜡中的SME。为了更有说服力，在70处压痕后gydF4y2Ba^ogydF4y2BaC，在其熔化范围的中间，然后冷却回室温，抛光蜡样的顶面，以消除任何凹陷的迹象。加热到70度gydF4y2Ba^ogydF4y2Ba再次，由于蜡的SME特性，形成了突起。gydF4y2Ba

在实际应用中，我们可以将这些机制结合在一起，以达到定制的性能，如优化的形状恢复温度和较高的恢复应力等gydF4y2Ba^{16、17gydF4y2Ba}．gydF4y2Ba

数字gydF4y2Ba1.gydF4y2Ba中小企业在PMMA。gydF4y2Ba

数字gydF4y2Ba2.gydF4y2Ba中小企业在聚氨酯。gydF4y2Ba

数字gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba．gydF4y2Ba中小企业在蜡。gydF4y2Ba

由于我们几乎总能找到一种合适的化学物质来软化聚合物或过渡组分(通过，例如，塑化效应)，大多数聚合物本质上也具有化学反应性。图4。展示了一片水凝胶。在被压缩后，通过加热或吸收水分(即使没有任何明显的膨胀)，它可以恢复原来的形状。另一方面，为了在没有光致加热的情况下获得真正的光响应型SME，需要特别设计一种聚合物，使其具有能够在响应光时改变其刚度的过渡组件gydF4y2Ba^18gydF4y2Ba．因此，光响应型SME仅限于某些聚合物。gydF4y2Ba

数字gydF4y2Ba4.gydF4y2Ba中小企业在水凝胶。左:压缩后;右:形状恢复后。gydF4y2Ba

最近最有趣的发展之一是多sme，聚合物能够通过一个或多个中间形状恢复其原来的形状gydF4y2Ba^{19、20gydF4y2Ba}．证明了通过编程始终可以实现多重sme或至少三重sme(即临时形状和原始形状之间只有一个中间形状)gydF4y2Ba^21gydF4y2Ba．图5。揭示了编程过程和一块PU中的三重sme。gydF4y2Ba

数字gydF4y2Ba5gydF4y2Ba．gydF4y2BaMultiple-SME聚氨酯。(a - c)编程;(d-f)形状恢复。gydF4y2Ba

在某些聚合物中，加热时有两种以上的转变，例如，一种是玻璃化转变，另一种是熔化。加热到刚好高于TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba在美国，形状恢复只是部分的。然而，当进一步加热到熔化温度附近时，就可以完全恢复。请参见图6。以聚四氟乙烯为例。gydF4y2Ba

数字gydF4y2Ba6.gydF4y2Ba中小企业在聚四氟乙烯。(一)初始形状;(b)室温拉伸后;(c)加热至100后gydF4y2Ba^ogydF4y2BaC;(d)加热至300后gydF4y2Ba^ogydF4y2BaC。gydF4y2Ba

结论及未来应用gydF4y2Ba

SME的潜在应用使我们能够以多种方式重塑设计。gydF4y2Ba从生物医学设备到太空任务，从智能纺织品设计到废弃电子设备的主动拆卸，SME正在逐渐改变我们的基本设计方法gydF4y2Ba^{9 10月22 - 27日gydF4y2Ba}．gydF4y2Ba

例如，smp的势能运动产生特性被突出;图7。演示了使用可伸缩醋酸乙烯酯(EVA)支架的概念。在图8。揭示了一种用于医疗行业的商用聚乳酸(PLA)生物可降解外科固定钉的自紧功能。gydF4y2Ba

数字gydF4y2Ba7.gydF4y2Ba伊娃可伸缩的支架。(一)初始形状;编程后(b);(c)形状恢复后。gydF4y2Ba

数字gydF4y2Ba8.gydF4y2Ba可生物降解PLA手术用钉，加热自紧功能。gydF4y2Ba

除了运动生成外，SME还可以作为一种新的制造技术。图9显示了如何利用聚合物的SME特性在不同尺度下产生不同类型的表面图案。gydF4y2Ba

因此，中小企业在smp中的属性可以为科学家和工业提供一个世界的机会。gydF4y2Ba

数字gydF4y2Ba9.gydF4y2Ba聚合物顶部的表面图案(利用SME)。gydF4y2Ba

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