智能软聚合物及其航空航天领域应用

智能软材料针对外界的刺激(如温度、电场、光、磁场等等)能够产生不同程度的形变而体现出活性.作为新型智能软活性聚合物材料的代表,形状记忆聚合物和电致活性聚合物主动软材料日益显示出巨大的应用前景.本文综述了形状记忆聚合物及其复合材料以及驱动方法,形状记忆聚合物智能材料在航天领域的应用,介电弹性体材料及其复合材料,介电弹性体材料的理论研究进展,介电弹性体材料在航空航天领域的应用.     

形状记忆聚合物在4D打印技术下的研究及应用

为了打破传统3D打印的静止约束,增加打印结构的可变形性和可设计性,4D打印的相关研究逐渐兴起. 综述了4D打印技术的发展和原理,总结了熔融沉积技术、立体光固化成型技术、聚合物喷射技术和直写技术这4种常见的打印方式的工作方式以及它们对材料的不同需求. 从外界不同激励的角度,对形状记忆聚合物的变形方式、机理及回复程度等进行分析与总结,对形状记忆聚合物目前存在的关键科学难点和未来的发展方向进行总结. 使用形状记忆聚合物的4D打印形状记忆智能结构在微创生物医学、机器人、柔性电子制造等研究领域已经有了应用,并表现出良好前景.     

智能材料与结构的研究及应用

介绍了智能材料与结构的基本特征、研究内容及应用前景。智能材料与结构具有四种主要特性,即敏感特性、传输特性、智能特性和自适应特性。其研究内容主要包括基础智能材料的研究、自诊断智能材料与结构的研究、自适应智能材料与结构的研究。基础智能材料的研究主要是形状记忆材料、压电材料、电／磁流变液材料、磁致伸缩材料、智能凝胶材料、聚合物基“人工肌肉”、自组装材料、光纤智能材料等的研究。智能材料与结构在航空航天、军事、土木建筑、医疗、体育及日常生活等各个领域有广阔的应用前景。     

3D打印软体机器人及其传感器

软体机器人主要是由柔性材料制成,它模仿了软体生物如章鱼、蛇、蠕虫等. 由于软体机器人能够任意改变自身的形状与尺寸,其在医疗、野外勘探、物品抓持等方面具有广泛的应用前景. 3D打印作为一种新兴的制造方法,其与软体机器人的结合近年来发展迅速. 首先,介绍典型的3D打印技术及其在软体机器人主体结构制造方面的应用. 然后,讨论软体机器人各类传感器的3D打印研究近况. 最后,总结现有技术的不足之处并探讨该领域的未来发展方向.     

智能材料及其应用

智能材料是一种能感知外界环境变化并自动改变自身特性以适应该变化的新型复合材料,具有广阔的应用前景。它由感知器、驱动器和信息处理器构成。其设计基础是材料复合的非线性效应,设计原理是相变过程中不同物理量之间的能量转换机制。目前已开发出了形状记忆、压电、电流变体及光纤等类型的智能材料。本文论述了智能材料的基本构成、设计原理、合成方法及其应用,探讨了该材料今后的发展方向。     

基于3D打印技术的聚乳酸复合材料研究

3D打印技术在近几年发展十分迅速,因其操作方法简单,制造速度快等优点,逐渐应用到各行各业.聚乳酸作为一种优良的可生物兼容可降解材料,因其成型温度和成型工艺良好,成为3D打印技术最常用的原材料之一.随着人们生活水平的提高,对于3D打印材料的要求也越来越高,这使得以聚乳酸为主的新型复合材料在近些年来发展迅速.聚乳酸与其他材料复合生成新型复合材料,可以弥补聚乳酸本身硬度低、导电性能差等缺点,通过熔融沉积成型技术,能够满足人们在不同领域的不同需求,使得3D打印的应用领域不断扩大,也使得以聚乳酸为主体的复合材料拥有巨大的发展前景.     

生物活性聚合物及其复合材料在骨组织工程中的应用进展

骨是世界上第二大需要移植的组织,每年至少有400万次手术使用骨移植物和骨代替材料。传统的治疗方法的局限性影响了当前的治疗选择,并且由于创伤、癌症、感染和关节炎引起的骨缺损现象不断增加,在临床治疗中对骨移植物的需求也持续上升。自体移植物和异体移植物是临床治疗骨缺损的常用方法,而慢性炎症、疾病传播和免疫排斥反应的发生阻碍了其发展。此外,金属材料支架也是最常用的植入物,然而同样存在着诸如应力屏蔽、感染和炎症等问题导致研究工作者期待新材料支架来代替它。因此,开发具有生物活性且能自适应展开填充的三维支架以促进骨骼再生已成为骨组织工程的重点关注领域。近年来,包括4D打印形状记忆材料的制造方法已被用于创造替代传统骨移植的新方法。本文主要综述了传统聚合物材料和新型形状记忆聚合物材料的种类、支架的主要制造方法、机械性能、生物相容性以及在骨组织工程领域中的最新用途,并总结了骨组织工程中4D打印技术的重要性、当前面临的挑战和未来的发展方向。     

浅析3D打印技术在航空航天领域电子产品设计上的应用

最近几年以来,随着3D打印技术的发展,3D打印技术已经成功地运用到各个领域.甚至以美国和欧洲等科学技术较发达的国家为首,已将3D打印技术成功地运用到航空航天领域.3D打印通俗来说既是增材的制造技术,虽然3D打印技术在航空航天的电子产品领域仍处于初期阶段,但是就各国对它的实施项目来说,3D打印技术在航空航天电子产品设计具有重大的发展价值和潜力.据不完全统计航空航天电子产品设计使用3D打印技术已经超过15%.     

形状记忆聚合物复合材料研究进展

形状记忆聚合物(Shape memory polymer,SMP)具有超高的形状回复率、形状记忆转变温度易调节、易赋形、密度小和成本低等优点,近年来受到广泛关注。但因力学性能较差、响应方式单一等不足,严重制约了它的应用。通过复合功能性填料可有效改善SMP的力学性能、形状记忆性能、导电和导热性能、丰富SMP响应方式,以满足应用需要。介绍形状记忆聚合物复合材料(Shape memory polymercomposite,SMPC)近些年的研究进展,从填料对SMP力学性能及响应方式的影响角度分别对力学增强型SMPC、电致型SMPC、磁致型SMPC和生物功能型SMPC进行论述,分析SMPC的应用前景及面临的挑战。     

先进材料及其应用研究进展

论述了极限材料、智能材料、复合材料及梯度功能材料等先进材料的开发与应用研究进展。超微粒子和纳米材料等极限材料具有巨大的表面积,因而具有特殊的磁、光、电、热特性,已成为新材料 的基本组元;非晶材料则具有很高的强度,良好的电磁特性和耐腐蚀特性。形状记忆材料、压电材料、电（磁）流变体、光纤、储氢金属等智能材料具有特殊的热、力、电、磁、光效应,是智能元件和智能结构的重要组分。定向凝固复合材料属平衡反应型复合材料,晶界少,具有良好的稳定性和抗疲劳性,是理想的高温材料。梯度功能材料的成分、组织及化学、力学、热学性能也呈梯度变化,可缓和应力集中,延长使用寿命,成分的梯度变化,也赋予材料一些特殊性质,材料制作与性能评价方法将是梯度功能材料今后研究的重点。     

4D printed shape memory polymers and their structures for biomedical applications

Shape memory polymers are smart materials that produce shape changes under external stimulus conditions. Four-dimensional (4D) printing is a comprehensive technology originate from deformable materials and three-dimensional (3D) printing technology. At present, 4D printed shape memory polymers and shape-changing structures have been applied in various fields, especially in the field of biomedical science. 4D printing technology has made a breakthrough of personalized customization in the traditional medical field, providing a new direction for the further development of the biomedical field. In this review, the recent research and development of shape memory polymer, 3D printing technology, 4D printed shape memory polymers and shape-changing structures in biomedical area are present. The examples and applications of 4D printed shape memory polymers and their structures in the area of biomedical are also introduced. Based on 4D printing, stimulated by different conditions, 3D printed objects can be fabricated into various biomedical applications such as cell scaffolds, vascular stents, bone scaffolds, tracheal stents and cardiac stents by different 3D printing techniques. Finally, the application prospects, existing technical restriction and future development directions of 4D printed shape memory polymers and their structures in the biomedical field are summarized.     

Recent progress in 4D printing of stimuli-responsive polymeric materials

4D printing is proposed based on the additive manufacturing of stimuli-responsive materials and structures, which can realize shape changing upon external stimuli. This article reviews the 4D printing methods and actuating performances of 4D printing structures based on shape memory polymers, hydrogels, liquid crystal elastomers, and electroactive polymers. This article shows that the shape morphing properties of single materials are limited, while 4D printing of composites can integrate the various driving modes of different smart materials. In the end, challenges facing 4D printing such as broadening the scope of smart materials, improving printing processes, the compatibility of printing different materials have been discussed.     

智能材料结构系统在土木工程中的应用

主要论述了形状记忆合金、压电和光纤等几种智能材料结构系统的基本工作原理和力学特性,简要介绍了它们在土木工程结构中的一些应用及相关研究,同时还提出了在研究与应用过程中存在的一些问题,展望了今后的发展前景并提出了一些建议性意见。     

刚柔耦合机器人综述

刚柔耦合机器人由刚性材料和柔性材料结合而成,刚性机器人刚度大、可控性好,柔性机器人韧性好,刚柔耦合机器人将其优点集于一身,具有广阔的发展空间.本文介绍了国内外刚柔耦合机器人的发展现状,详细阐述了刚柔耦合机器人的三种驱动方式：气动驱动、电活性聚合物驱动和形状记忆合金驱动,重点分析了目前刚柔耦合机器人特别是柔性机器人常用的建模方法,以及刚柔耦合机器人控制算法.最后,对刚柔耦合机器人未来的发展提出了展望.     

基于多传感器信息融合技术的智能驾驶系统模型

阐述了智能汽车研究对交通安全的重要性和发达国家关于智能汽车研究的历史、发展和趋势,重点提出了基于多传感器信息融合技术的智能驾驶系统模型,分析了此模型下各系统模块的功能,介绍了系统模型中信息融合方法的引入,最后提出了对智能驾驶技术应用的展望.     

生物陶瓷3D打印技术研究进展

本文概述了生物陶瓷3D打印领域的技术研究进展,阐述了生物陶瓷的分类和特点,以及3D打印技术同传统加工工艺相比所具有的优势,综述了国内外专家在成型材料、性能优化和骨建模及成型技术方面所做出的研究,并对其应用和发展前景做了总结.