具有形状记忆功能的高分子材料

本文综述了具有形状记忆功能的高分子材料的发展概况 ,分析了形状记忆高分子材料的记忆效应原理 ,并对交联聚烯烃、聚氨酯、聚酯等具有形状记忆功能的高分子材料的特性及应用进行了评价和探讨 ,同时对形状记忆高分子材料的发展前景进行了展望     

形状记忆高分子材料记忆行为机理的理论分析

形状记忆高分子材料(SMP)具有优良的形状记忆功能,是继形状记忆合金(SMA)之后的又一热点研究领域.形状记忆机理的理论分析在SMP的研发与应用过程中起着至关重要的作用,理论分析往往对实验研究起着指导性的作用.目前对于形状记忆高分子材料记忆行为机理的理论研究还比较少.本文综述自形状记忆高分子材料发现20多年以来众多学者在形状记忆机理的理论方面的进展,并且对于今后理论研究的方向提出一些见解.     

形状记忆聚氨酯材料的研究进展

形状记忆聚氨酯是一种可以响应外界刺激,并通过特定的热力学过程回复到初始形态的新型智能高分子材料。基于不同的应用,提供形状展开功能、形状固定及回复功能、形状回复率及回复力可控等性能。形状记忆聚氨酯可以通过热、电、光、磁等方式直接或者间接地激发材料的形状记忆性能,在智能纺织、航空航天、生物医用等领域具有广阔的应用前景。首先介绍了形状记忆聚氨酯的结构、记忆机理和分类;然后讨论了影响其形状记忆性能的因素,主要包括硬段种类和含量的影响、软段的种类和相对分子质量的影响、交联剂的影响、掺杂填料的影响等。在此基础上总结了形状记忆聚氨酯在不同领域的应用进展,最后展望了形状记忆聚氨酯网络结构化设计思路和未来的发展方向。     

4D打印形状记忆高分子的打印方法、驱动原理、变形模式和应用

形状记忆高分子(Shape memory polymer,SMP)是指能够感知外界环境变化的刺激并响应这种变化,对其状态参数进行调整,从而回复到预先设定状态的一类高分子材料.相对于形状记忆合金和形状记忆陶瓷,SMP具有可回复形变量大、响应温度便于调节、刺激响应方式丰富、材料属性多样化、形状记忆效应种类多等优点,在医疗器械、柔性电子、纺织品、信息载体、航空航天以及软体机器人等领域展示了巨大的应用潜力.但SMP的原始形状或回复后的永久形状都较为单一,而且成型过程高度依赖模具并受脱模工艺的巨大限制,其形状难以制作得非常复杂,难以进一步满足新兴高科技领域对智能结构复杂性的需求.针对上述难题,国内外学者在该领域已进行了一些创新性的研究,当前的研究热点主要集中在以下两个方面:(1)在热固性高分子材料中引入动态共价键,通过交联网络结构重排实现固态塑性,进而对形状记忆材料的几何结构进行复杂化,这类形状记忆高分子材料也称为热适性形状记忆高分子;(2)利用3D打印(Three-dimensional printing)技术打印智能材料,实现材料几何结构的复杂化,并产生了一类新的打印技术,称为4D打印(Four-dimensional printing).其中,SMP材料是当前4D打印使用最多的智能材料.近年来,研究者以SMP材料为研究对象,结合最新的4D打印技术,采用熔融沉积成型、立体光刻成型、墨水直写和聚合物喷射技术制备了3D形状复杂的具有各种刺激响应方式和形状记忆效应的形状记忆材料.基于驱动原理不同,热、光、电、磁和水刺激响应形状记忆4D打印结构已经被成功设计和制备,丰富了具有复杂几何形状记忆材料的刺激响应类型;在变形模式上,实现了具有双形形状记忆效应、双向形状记忆效应、多重形状记忆效应和顺序梯度响应的4D打印形状记忆材料的设计、制备和应用.本文综述了4D打印SMP的打印方法、驱动原理、变形模式和应用,最后概述了4D打印SMP材料存在的问题及展望了其未来的发展方向.     

热致型形状记忆高分子材料的研究进展

从记忆机理、制备技术等方面总结了热致型形状记忆高分子材料的最新发展并简述了当前几种重要的材料类型,特别是对近期发展的超分子形状记忆材料和可生物降解材料进行了重点描述,对未来热致型形状记忆高分子材料的发展方向进行了展望和评述.     

聚乙二醇基形状记忆高分子材料研究进展

聚乙二醇(PEG)是一种结晶完善且具有良好水溶性的热塑型聚醚高分子,其分子链结构在无定形态及结晶态间相互转变的特性符合形状记忆材料对可逆形变结构的要求,因此广泛应用于形状记忆高分子材料的研究。文中综述了近年来聚乙二醇在形状记忆聚合物、形状记忆水凝胶、形状记忆复合材料等高分子材料中的应用研究进展,阐述了聚乙二醇链结构与材料形状记忆特性及不同刺激响应性之间的关系,并特别强调了聚乙二醇与水的氢键作用对水诱导响应型形状记忆特性的重要性,对低毒且生物相容性好的聚乙二醇基形状记忆高分子材料在生物医学领域的应用进行了展望。     

钻井液智能堵漏材料研究进展

钻井液智能堵漏材料已成为近年来石油开采领域的全新研究方向.与传统堵漏材料直接桥堵的方式不同,智能堵漏材料的特别之处在于拥有应对环境变化的能力,同时还具有针对性强、封堵效果突出、对地层损害小等特点.目前国内外关于智能堵漏材料的研究主要分为智能凝胶和形状记忆材料两个方向.其中,智能凝胶流动性相对较好,能够不受地层孔隙大小的影响,自适应能力强,可依据不同地层温度进行不同胶态间的转化,也可通过控制注入地层后凝胶的固结时间来提高封堵效率.相比之下,形状记忆材料的研究较多,包括形状记忆聚合物及形状记忆合金两种.形状记忆合金的延展性及抗疲劳能力比较突出,虽然形变量较小,但是承压能力强,易于形成网状结构,可明显提升桥堵作用,因此其封堵能力突出;形状记忆聚合物堵漏材料不仅形变量大,而且原料成本低,可保护储集层不受污染,能够有效应对复杂结构地层漏失问题.本文综述了钻井液智能堵漏材料的最新研究进展,尤其是对智能凝胶堵漏材料及形状记忆堵漏材料的研制方法、性能特点、应用情况等进行分析和总结,并对新型智能堵漏材料进行了介绍.     

形状记忆高分子材料在生物医学领域的应用

形状记忆高分子材料(SMPs)作为一种新型功能材料具有生物相容性好、形变率大、形变温度可调、易于加工、可引入生物降解组分等特点,近年来,特别是在生物医药领域,SMPs已成为研究人员广泛关注的焦点之一。根据SMPs的功能及其应用研究现状,着重综述了近年来SMPs在矫形固定材料、药物缓释体系、手术缝合、微创医疗器械以及组织工程等生物医学领域的主要研究和应用,并展望了SMPs在生物医学领域未来的研究方向和前景,同时,简要介绍了SMPs的发展概况及其具有形状记忆效应的原理。     

高分子材料在智能隐身技术中的应用

介绍了高分子材料在雷达波智能隐身、红外智能隐身、可见光智能隐身方面的应用情况,已经得到应用或正在研究的高分子材料主要有导电聚合物、电致变色高分子材料、光致变色高分子材料等,相变高分子材料可能是红外智能隐身的一个研究方向,同时指出了高分子材料在智能隐身领域的发展趋势。     

形状记忆聚氨酯及其非织造材料成型方法研究进展

非织造材料作为一种通过物理或化学方法制成的具有工程结构完整性的纤维集合体,是一种源于纺织技术的功能性纤维材料,目前已广泛应用于医疗卫生、过滤分离和土木建筑等各个领域.随着非织造材料的广泛应用,其结构的优化与性能的提高显得尤为重要.形状记忆聚氨酯作为一种典型的形状记忆高分子材料,具有易加工、形变量大、形状记忆效果突出和多样化刺激方式等优点,广泛应用于医疗卫生、航空航天和纺织服装等领域.将形状记忆聚氨酯与非织造成型技术结合,不仅可以保持非织造材料原有特性,还可以赋予其形状记忆功能,为非织造技术的创新与升级提供驱动力,同时也为形状记忆材料的高质应用提供研究方向.目前形状记忆聚氨酯非织造材料的成型方法主要包括共混应用法、直接成网法以及后整理应用法.其中共混应用法包括复合纤维成网和共混纺丝,其优势在于纤维或聚合物之间可充分混合,形状记忆效果均匀;直接成网法包括静电纺丝法和熔喷法,静电纺丝法目前研究最广泛,其优势在于所得纳米级非织造材料质量轻、孔径多且成本低,可用于制备高性能复合材料.熔喷法形状记忆聚氨酯非织造材料结构蓬松、纤网孔隙小且孔隙率大,可广泛应用于吸油材料、过滤材料和隔音材料等领域;后整理应用法包括涂敷及形状记忆聚氨酯的溶液形式应用,其优势在于操作简便、成本低,且形状记忆效果优良.目前形状记忆聚氨酯非织造材料的应用依然处于实验室研究阶段,要实现产业化、功能化的应用还需要进一步的探索与研究.本文阐述了形状记忆聚氨酯的记忆机理、分类和应用领域等,分析了形状记忆聚氨酯非织造材料成型方法的研究进展,为形状记忆聚氨酯非织造材料今后的研发与高质应用提供了参考.