形状记忆材料
一、材料简介
形状记忆材料是指具有形状记忆效应的工程材料，是一种智能型多功能材料，集敏感和驱动功能于一体，输入热量就可对外做功。在各工程技术、医学领域有着广阔的应用前景。
该材料是具有一定形状的固体在一定条件下经一定塑性变形后，当加热至一定温度时又可完全恢复至原形状的新型材料。即它能记忆母象的形状，具有SME 的合金，称为记忆合金（SMA）。
形状记忆效应是1951年美国Read等人在AUCD合金中首先发现的，1953年在
R8-合金中也发现了同样现象，但当时并没有过多的引人注目。直到1964年美国Buehler等人在Ti-Ni合金中发现形状记忆效应后，该新型材料才受到世界瞩目，科学家们才逐步开展起对它的研发和利用。20世纪60年代中期出现了Ti-Ni合金制造的人造卫星天线和能量转换热机。1970年在形状记忆合金历史上有两项重大突破:一是Ti-Ni合金管接头在F14飞机油压管路连接上大量应用,这是形状记忆合金的第一个批量产品；二是日本大阪大学清水和大塚对所发现的形状记忆合金进行综合研究后发现这些合金有共性：它们都有热弹性马氏体相变。
形状记忆合金的制造一般需要熔铸、加工、成形、形状记忆处理等几大步骤。形状记忆高分子的制法与普通高分子的制法基本相同，既可以采用浇注法直接制得制品，也可以采用双螺杆挤出机，先制得粒料然后再注射成型。对于热塑性的形状记忆高分子多采用先制成粒料再成型的方法。成型前粒料必须除去水分，否则会使物性下降，外观变差。对于热固性的形状记忆高分子则多采用浇注法、固化脱模后硫化即得具有“原始形状”的制品，再经二次成型得形状记忆高分子。
制造工艺图如下：
铸锭均匀化热锻热轧
热旋热拉最终热处理
中间退火冷拉
二、材料的类别与性能
形状记忆材料目前有20多种，最引人注目的的是Ni-Ti基、Cu-Zn-Al、Fe-Mn-Si和Cu-Al-Ni合金等。
他们的主要性能及特点分别概括为：
1、Ni-Ti基具有优异的SME、高耐热性、耐蚀性、高强度以及其他材料无
可比拟的耐热疲劳性与良好生物相容性。但存在原材料价格昂贵，制造工艺困难，切削加工性能差等不足。
2、Fe基合金具备强度高，塑性好，价格便宜等优点。
3、Cu基合金价格便宜，生产过程简单，具备良好的SME，电阻率小，加
工性能好。但长期或反复使用时，形状回复率会减小。
4、形状记忆聚合材料质轻、易成型、耐腐蚀、电绝缘。
三、材料的应用领域
形状记忆合金的应用实例
应用领域及实例
土木建筑固定铆钉、空隙密封、异径管连接
机械制造自动启闭阀门、热收缩套管、防音辊、防震器、连接装置、衬里材料、缓冲器
电子通讯电子集束管、电电磁屏蔽材料、光记录媒体、电缆防水接头
印刷包装热收缩薄膜、夹层复盖、商标
医疗卫生绷带、夹板、矫正材料、扩张血管、四肢模型材料
日常用品便携式饮具、餐具、头套、乳罩、人造花、领带、衬衣领、残疾人专用勺
文体娱乐文具、教具、玩具、体育保护器材
其他商品识伪、火灾报警装置
应用实例1969年“阿波罗”11号登月宇宙飞船，安装在飞船上的一小团天线，在阳关照射下迅速展开，伸展成半球状，开始了自己的工作。
地、月之间的信息就是通过它传输的。这个半球状天线就是形状
记忆合金制成的。极薄Ni-Ti形状记忆合金现在正常情况下按预定
要求作成半球状天线，然后减低温度把它压成一团，装进登月宇宙
飞船带上天去。当到达月面后，阳关照射下在温度升高至一定温度
时，天线又“记忆”起自己的本来面貌，故而恢复成一个半球状天
线。
四、材料的应用现状
从上世纪50年代中期开始各国都积极致力于对形状记忆合金应用的开发。该合金逐步广泛用于电子、电器、汽车、机械、能源、家电、宇航、建设、医疗等领域中。
上世纪70年代许多记忆合金产品相继问世：
固紧力大、气密性好、可避免熔焊时焊缝区性能恶化和飞机机身损伤的管接头。这种管接头在F4战斗机油压系统和石油企业输油管道系统的管材连接上已经大量得到应用。美国海军飞机上使用了96万根以上，尚未发生任何事故。记忆铆
钉特别适用于不能触到部位的连接和有强烈射线源板材的连接，因此将在原子能反应堆上大量得到应用。形状记忆合金在医学上的应用实例有血栓过滤器、脊椎矫形棒、脑动脉瘤手术夹、人造心脏、人造肾脏瓣膜、骨折部位固定用接骨板、各种支架等。从地面发射带有很大天线的宇航飞行器是非常困难的，但用Ti-Ni 合金丝制成的天线成功地解决了这一难题。这些是利用形状记忆合金单程形状恢复特性。
热机（又称固体发动机）是双程内因性形状恢复利用的典型例子，尽管效率很低但在太阳热、工厂废热、汽车废热、地热、电站废热等低能热的回收上却用处很大，可以把这些热能转换成电能。形状记忆合金的应用绝大部分是利用外因性双程形状恢复的，其中控温器和驱动器为最多，如室温控制用恒温器、温室窗户开闭器、全自动电子干燥剂用电子元件开闭器、汽车散热器、报警器TN-Ni合金耐蚀耐磨性能好，在沸水型原子反应堆和高压水型原子反应堆中用作冷却水泵耐蚀耐磨件，成功实现了反应堆冷却水净化系统重要部位的不检修。形状记忆合金还用于眼镜框边丝、特殊弹簧、牙齿矫形用唇弓丝、贮能材料、防震材料和消声材料等。
五、材料未来应用的瞻望
交通工具：将形状记忆材料制成自行车、汽车等交通工具，可以使它们在某个温度下记忆不同的大小外型，方便交通工具的停放问题，缓解交通压力
和停车压力。
住房：运用形状记忆材料制成的住房可以方便的移动，既节省空间又有效发挥了原材料特殊功效。
能量转化：利用形状记忆材料的特点，将材料制成水轮机的形状，使它记得在室温与一定温度的形状，将水轮机至于热水中，利用不同温度下的形状
差异产生的势能，推动水轮机的转动，进而可以用来发电。
虽然形状记忆材料现在已经成规模地应用到部分领域中了，但对于它的普及还需要一段时间。相信通过世界众多科研工作者的努力，终有一天会让它更出色地为我们的生产生活服务。
浅谈形状记忆合金 引言：时代的发展与材料的发展是相辅相成的。随着科学技术的进步,材料研究变得尤为重要。现如今材料的研究越来越专业化，并且逐渐倾向于功能化、多样性。例如形状记忆材料就是一种典型的新型功能材料。形状记忆材料是指具有形状记忆效应的金属、陶瓷和高分子等材料,在高温下材料形成一种形状,在冷却到低温时会塑性变形成为另外一种形状,如果对材料进行加热,通过马氏体的逆相变,又可以恢复到高温时的形状,这就是形状记忆效应。 一、形状记忆合金及形状记忆效应 形状记忆材料是集感知和驱动于一体的特殊功能材料,其中形状记忆合金是形状记 忆材料中较为重要的材料之一。形状记忆合金(Shape Memory Alloy简称SMA)是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后,通过加热到某一临界 温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。 1、形状记忆合金分类 到目前为止，被开发出来的形状记忆合金主要是Ti-Ni基、Cu基与Fe基三种。在这三大类中，根据不同的要求和工作环境，分别在基体中加入和调整一些合金元素的量，使得每一个大类中都有一系列合金被开发出来，应用在各行各业，以满足各种不同的特殊需求。 （a）Ti-Ni形状记忆合金开发的最早，形状记忆效应最稳定，相对比较成熟，已在航天工业、汽车工业、电子工业、医学及人类生活领域获得应用。但由于其原材料Ni?、Ti价格昂贵，且加工成本高等因素，其应用受到限制。 （b）Cu基形状记忆合金因价格便宜、原材料来源广泛、易于加工和制造等原因而得到迅速发展。铜基形状记忆合金是这三类合金中种类最多的一类，但有实际应用价值的目前只有Cu-Zn-Al和Cu-Al-Ni两种。 （c）Fe基形状记忆合金发展较晚，成本较Ti-Ni系和铜系合金低得多，易于加工，在应用方面具有明显的竞争优势，被认为是一种具有广泛应用前景的功能材料，受到广泛的关注。 2、呈现形状记忆效应的合金的必备条件 （a）马氏体相变只限于驱动力极小的热弹性型，即马氏体与母相之间的界面的移动是完全可逆的 （b）合金中的异类原子在母相与马氏体中必须为有序结构
第七章形状记忆材料 形状记亿材料是一种特殊功能材料，这种集感知和驱动于一体的新型材料可以成为智能材料结构，而备受世界瞩目。1951年美国Read等人在Au—Cd合金中首先发现形状记忆效应(Shape Memory Effect，简称SME)。1953年在In—T1合金中也发现了同样的现象，但当时未能引起人们的注意！直到1964年布赫列等人发现Ti—Ni合金具有优良的形状记忆性能，并研制成功实用的形状记忆合金“Nitinol”,引起了人们的极大关注，世界各国科学工作者和工程技术人员进行了广泛的理论研究和应用开发。形状记忆合金已广泛用于人造卫星天线、机器人和自动控制系统、仪器仪表、医疗设备和能量转换材料。近年来，又在高分子聚合物、陶瓷材料、超导材料中发现形状记忆效应，而且在性能上各具特色，更加促进了形状记忆材料的发展相应用。 第一节形状记忆效应 一、形状记忆效应 具有一定形状的固体材料，在某一低温状态下经过塑性变形后，通过加热到这种材料固有的某一临界温度以上时，材料又恢复到初始形状的现象，称为形状记忆效应。具有形状记忆效应的材料称为形状记忆材料。例如，在高温时将处理成一定形状的金属急冷下来，在低温相状态下经塑性变形成另一种形状，然后加热到高温相成为稳定状态的温度时通过马氏体逆相变会恢复到低温塑性变形前的形状。具有这种形状记忆效应的金属，通常是由2种以上的金属元素构成的合金，故称为形状记忆合金(Shape Memory Alloys ，简称SMA)。 形状记忆效应可分为3种类型：单程形状记忆效应、双程形状记忆效应和全程形状记忆效应。图4—l表示3种不同类型形状记忆效应的对照。所谓单程形状记忆效应就是材料在高温下制成某种形状，在低温时将其任意变形，再加热时恢复为高温相形状，而重新冷却时却不能恢复低温相时的形状。若加热时恢复高温相时的形状，冷却时恢复低温相形状，即通过温度升降自发可逆的反复恢复高低温相形状的现象称为双程形状记忆效应。当加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的高温相形状的现象称为全程形状记忆效应。它是一种特殊的双程形状记忆效应，只能在富Ti-Ni合金中出现。 1
形状记忆合金材料的性质与应用综述 【摘要】形状记忆合金是一种新型功能材料，在各个领域有着广泛的应用。本文简要介绍了形状记忆合金的特性、应用以及发展前景。 【关键词】形状记忆合金应用发展现状 【引言】形状记忆合金（Shape Memory Alloys, SMA），是一种在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形，恢复其变形前原始形状的合金材料。最早关于形状记忆效应的报道是由Chang及Read等人在1952年做出的。他们观察到Au-Cd合金中相变的可逆性。[3]后来在Cu-Zn合金中也发现了同样的现象，但当时并未引起人们的广泛注意。直到1962年，Buehler及其合作者在等原子比的 Ti-Ni合金中观察到具有宏观形状变化的记忆效应，才引起了科学界与工业界的重视。这种新型功能材料目前已广泛用于电子仪器、汽车工业、医疗器械、空间技术和能源开发等领域。 一、形状记忆合金的分类 1、单程记忆效应：形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。 2、双程记忆效应：某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。 3、全程记忆效应：加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。 二、形状记忆合金的特性 1、形状记忆效应：合金在某一温度下受外力而变形，当外力去除后，仍保持其变形后的形状，但当温度上升到某一温度，材料会自动回复到变形前原有的形状，似乎对以前的形状保持记忆，这种效应称为形状记忆效应。 2、超弹性：在高于A f点、低于M d点的温度下施加外应力时产生应力诱发马氏体相变,卸载就产生逆相变,应变完全消失,回到母相状态,表观上呈现非线性拟弹性应变,这种现象称为超弹性。 3、高阻尼特性：形状记忆合金在低于Ms点的温度下进行热弹性马氏体相变，生成大量马氏体变体(结构相同、取向不同)，变体间界面能和马氏体内部孪晶界面能都很低，易于迁移，能有效地衰减振动、冲击等外来的机械能，因此阻尼特性特别好。 4、耐磨性：在形状记忆合金中，Ti-Ni合金在高温(CsCl型体心立方结构)状态下同时具有很好的耐腐蚀性和耐磨性。可用作在化工介质中接触滑动部位的机械密封材料，原子能反应堆中用做冷却水泵机械密封件。 5、逆形状记忆特性：将Cu-Zn-Al记忆合金在Ms点上下的很小温度范围内进行大应变量变形,然后加热到高于Af点的温度时形状不完全恢复，但再加热到高于200oC时却逆向地恢复到变形后的形状，称为逆形状记忆特性。 三、形状记忆合金在各领域的应用 1、医疗方面： Ni-Ti合金是医用生物材料的佼佼者，在临床医学和医疗器械等方面广泛应用。 [1]如介入疗法，将各类人体腔内支架、经过预压缩变形后,能够经过很小的腔隙安放到人体血管、消化道、呼吸道、以及尿道等各种狭窄部位，支架扩展后，在人体腔内支撑起狭小的腔道。具有疗效可靠、使用方便、可大大缩短治疗时间和减
形状记忆材料 摘要：材料是现代社会发展的三大支柱产业之一，本文介绍了形状记忆材料的概念，发展历史，记忆效应产生的原理和分类应用。形状记忆材料主要分为三种：形状记忆合金、形状记忆陶瓷、形状记忆聚合物。由于形状记忆效应的独特记忆效应的性质，广泛的应用于工业领域和医学领域。 关键词：形状记忆材料、记忆效应、形状记忆合金、形状记忆陶瓷、形状记忆聚合物一．引言 材料、信息、能源被称为现代社会发展的三大支柱产业，材料对当代社会的进步和发展起着十分重要的作用。科技的不断进步对材料各个方面的性能的要求越来越高，智能化的材料已经成为一种趋势，而形状记忆材料的更是引起了国内外的研究热潮。 自上个世纪以来，形状记忆材料独特的性能引起了人们的极大的兴趣。由于形状记忆材料具有形状记忆效应、高温复形变、良好的抗震性和适应性等优异性能，有着传统驱动器不可比拟的性能优点，形状记忆合金由于具有许多优异的性能，而广泛应用于航空航天、机械电子、生物医疗、桥梁建筑、汽车工业及日常生活等多个领域。 二．形状记忆材料的概念 形状记忆材料[1]（shape memory materials ，简称SMM）是指具有一定初始形状的材料经过形变并固定成另一种形状后，通过热、光、电等物理或化学刺激处理又恢复成初始形状的材料。 三．形状记忆材料的发展史 1932年，瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到了“记忆”效应，即合金形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般的回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。 1938，当时的美国在Cu-Zn合金里发现了马氏体的热弹件转变，随后前诉苏联对这种行为进行了研究。 1951年美国的里德等人在金镉合金中也发现了形状记忆效应，然而在当时，
形状记忆材料及其在纺织服装上的应用 摘要：形状记忆材料是近年来智能材料科学研究发展的一个重要前沿课题, 其在纺织服装、生物医学、国防军工材料等领域中显示出广阔的应用前景。通常 可分为三大类：形状记忆金属合金(SMA)、形状记忆陶瓷(SMC)和形状记忆聚合物(SMP)材料。本文综述形状记忆金属合金及形状记忆聚合物材料的概念，分析其工作机理、特性,介绍其在纺织服装中的应用,并展望其应用前景。 关键词: 镍一钛(Ni一Ti)形状记忆合金纤维; 形状记忆聚合物; PTT形状高聚物材料; 纺织服装。 “形状记忆材料”是指具有某一原始形状的制品，经过形变并固定后，在特 定的外界条件（如热、化学、机械、光、磁或电等外加刺激）下能自动回复到初始形状的一类材料。通常可分为三大类：形状记忆金属合金(SMA)、形状记忆陶瓷(SMC)和形状记忆聚合物(SMP)材料,其中，形状记忆金属合金及形状记忆高聚物在纺织服装上的应用极其广泛。 1 形状记忆合金 1.1 工作机理 当合金的母相在应力下诱发成马氏体，发生形状改变，而在去除应力后形状并不回复，或母相经相变成马氏体后发生塑性变形，但通过加热后，回复原形。比如Ni—Ti合金丝在较高温度时有一定的形状（如密排的弹簧），在低温时使其变形（弹簧被拉长），外力去除后，其变形保留了下来，但当加热到一定温度时，合金丝就能自动回复到原先的形状（密排弹簧）。 1.2特性（镍钛形状记忆合金） 镍钛形状记忆合金具有可恢复形变大、输出能量密度大的特点, 也是研究和应用最普遍的形状记忆纤维。这种纤维是通过将镍钛合金纤维化加工以后制成的, 如瑞士MicrofilIndustries公司生产的一种镍钛合金( 镍5063%) 纤维直径为300m。 1.3在纺织服装上的应用 在纺织领域,研究和应用最多的是镍一钛(Ni一Ti)形状记忆合金纤维。 镍一钛形状记忆纤维同时被用作文胸的支架,起托垫保形的作用。在温度升高(从室温到体温)时,使文胸恢复到预设的最佳形状,可以提供最优美的身体曲线,舒适感和弹性并存。同理,镍一钛合金纤维被植入婚纱面料、演出服装等,可使面料更挺括、服装不依赖人体支撑,自由体现设计师的造形创意,而且可以折叠,方便储存和运输，在使用前，只需用电吹风吹一下，就可获得理想造型。
形状记忆材料 一、材料简介 形状记忆材料是指具有形状记忆效应的工程材料，是一种智能型多功能材料，集敏感和驱动功能于一体，输入热量就可对外做功。在各工程技术、医学领域有着广阔的应用前景。 该材料是具有一定形状的固体在一定条件下经一定塑性变形后，当加热至一定温度时又可完全恢复至原形状的新型材料。即它能记忆母象的形状，具有SME 的合金，称为记忆合金（SMA）。 形状记忆效应是1951年美国Read等人在AUCD合金中首先发现的，1953年在 R8-合金中也发现了同样现象，但当时并没有过多的引人注目。直到1964年美国Buehler等人在Ti-Ni合金中发现形状记忆效应后，该新型材料才受到世界瞩目，科学家们才逐步开展起对它的研发和利用。20世纪60年代中期出现了Ti-Ni合金制造的人造卫星天线和能量转换热机。1970年在形状记忆合金历史上有两项重大突破:一是Ti-Ni合金管接头在F14飞机油压管路连接上大量应用,这是形状记忆合金的第一个批量产品；二是日本大阪大学清水和大塚对所发现的形状记忆合金进行综合研究后发现这些合金有共性：它们都有热弹性马氏体相变。 形状记忆合金的制造一般需要熔铸、加工、成形、形状记忆处理等几大步骤。形状记忆高分子的制法与普通高分子的制法基本相同，既可以采用浇注法直接制得制品，也可以采用双螺杆挤出机，先制得粒料然后再注射成型。对于热塑性的形状记忆高分子多采用先制成粒料再成型的方法。成型前粒料必须除去水分，否则会使物性下降，外观变差。对于热固性的形状记忆高分子则多采用浇注法、固化脱模后硫化即得具有“原始形状”的制品，再经二次成型得形状记忆高分子。 制造工艺图如下： 铸锭均匀化热锻热轧 热旋热拉最终热处理 中间退火冷拉
形状记忆材料起源与应用 材料化学091 谢俊 形状记忆材料是近年发展起来的一种新型功能材料，由于它具有非常特异翻的性能，科学家已将他应用到各个领域。 （一）起源 1932年，瑞典人奥兰德在金镉合金中首先观测到合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，他又可以变回到原来的形状。 1962年，美国海军的一个研究小组从仓库领来一些镍钛合金丝做实验，他们发现这些合金丝弯弯曲曲，使用起来很不方便，于是就把这些合金丝一根根拉直。在试验过程中，奇怪的现象发生了，他们发现，当温度升到一定的数值时，这些已经拉直的镍钛合金丝突然又恢复到原来的弯曲状态，他们是善于观察的有心人，又反复做了多次试验，结果证实了这些细丝确实具记忆。 美国海军研究所的这一发现，引起了科学界的极大兴趣，大量科学家对此进行了深入的研究。发现铜锌合金、铜铝镍合金、铜钼镍合金、铜金锌合金等也都具有这种奇特的本领。人们可以在一定的范围内，根据需要改变这些合金的形状，到了某一特定的温度，它们就自动恢复到自己原来的形状，而且这“改变--恢复”可以多次重复进行，不管怎么改变，它们总是能记忆自己当时的形状，到了这一温度，就丝毫不差地原形再现。人们把这种现象叫作形状记忆效应，把具有这种形状记忆效应的金属叫作形状记忆合金，简称记忆合金。 （二）应用 （1）工程应用 形状记忆合金在工程上的应用很多，很早的应用就是造各种结构件，如紧固件、连接件、密封垫等。另外，也可以用于一些控制元件，如一些与温度有关的传感及自动控制。 形状记忆合金一面世，就为航空工业立了一功。如美国F-14战斗机，平均每架要用800个形状记忆合金接头。自1970年以来美国海军飞机使用了几十万个这样的管接头，没出现过一次失败的记录。用形状记忆合金做管接头的办法：先在转变温度以上，把镍钛合金管接头按密封要求尺寸进行加工，使它的内径比所要连接管子的外径小4%；然后在液氮低温下将管接头直径扩大，使它的内径
形状记忆合金 摘要：形状记忆合金具有形状记忆效应、超弹性效应、高阻尼特性、电阻突变效应以及弹性模量随温度变化等一般金属不具备的力学特性，使其在仪器仪表、自动控制、机器人、机械制造、汽车、航天航空、生物医学等工程领域都能发挥重要的作用，对其本构性能和在工程应用中的性能的研究十分必要。形状记忆合金作为一种特殊的新型功能材料,是集感知与驱动于一体的智能材料,因其功能独特,可以制作小巧玲珑、高度自动化、性能可靠的元器件而备受瞩目,并获得了广泛应用。 关键字：形状记忆合金制备应用研究进展 1 形状记忆合金简介 1.1 形状记忆材料 是指具有形状记忆效应(shape memory effect，简称SME)的材料。形状记忆效应是指将材料在一定条件下进行一定限度以内的变形后，再对材料施加适当的外界条件，材料的变形随之消失而回复到变形前的形状的现象。通常称有SME的金属材料为形状记忆合金(shape memory alloys，简称SMA)。研究表明, 很多合金材料都具有SME ,但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的,才具有利用价值。已发现的形状记忆合金种类很多，可以分为Ti-Ni系、铜系、铁系合金三大类。目前已实用化的形状记忆合金只有Ti-Ni系合金和铜系合金。 到目前为止,应用得最多的是Ni2Ti合金和铜基合金(CuZnAl 和CuAlNi) 。 1.2 形状记忆合金效应分类 1.2.1 单程记忆效应 形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。 1.2.2 双程记忆效应 某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。 1.2.3 全程记忆效应 加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。 2 形状记忆合金的制备
形状记忆高分子材料 引言 形状记忆高分子材料（SMP）作为一类智能材料，因其可以在适当的刺激条件（如温度、光、电磁或溶剂等）下，响应环境变化，而相应发生形状转变的能力，为解决科学技术难题带来了一种新的方法。1950年，第一次报道了具有形状记忆效应的交联聚乙稀聚合物，并在文中描述了具体的表征方法。这类形状记忆高分子材料与其它形状记忆材料如形状记忆合金和陶瓷相比，具有变形量大、赋形容易、响应温度易于调整，质量轻、价格低、以及易加工成型等优点。而且易于设计成具有良好的生物相容性、可生物降解性的生物材料，比如手术缝合线、支架、心脏瓣膜、组织工程、药物释放、矫形术及光学治疗等。 1.形状记忆高分子材料的分类 SMPs根据刺激响应的不同可分为热致型，电磁致型，光致型，化学型以及水致型，其中热致型是研究最广也是研究最成熟的一种高分子材料。热致型SMPs 由固定相和可逆相两部分组成，其中固定相通常是由化学交联或物理交联点构成，其可以决定初始形变；可逆相通常由结晶结构构成，可随温度变化而进行可逆的软硬化转变。 1.1 热致型SMP 热致型SMP是指材料在初始条件下开始受热，当加热温度达到相转变温度时，同时给材料施加外应力，然后再外力不变的情况下，将温度迅速下降至室温，材料会保持暂时形状，即使在撤去外应力后材料依旧可保持这种状态，直到再次在无应力条件下加热，温度再次达到相转变温度时，材料才会自发地恢复到初始形状。以聚氨酯为例其可以通过改变嵌段共聚物的成分和比例，来改变聚氨酯材料物理化学性质、生物相容性、组织相容性,以及可生物降解性质。形状记忆聚氨酯由软段和硬段组成，其中硬段主要由二异氰酸酯和扩链剂组成，因此刚度比较大，抑制了材料变形过程中大分子链的塑性滑移;软段主要由聚酯多元醇或聚醚多元醇等线性分子组成，因此能够进行较大的形变.一般情况下，在温度增加到软段的转变温度之上时形状记忆聚氨酯材料处于高弹态,而且软段微观布朗运动的加剧，致使材料容易变形，此时因为硬段还处于玻璃态，所以阻止了分子链滑移的同时产生了一个内部的回弹力；当温度从冷却的温度增加到软段的转变温度以上时，硬段储存的应力释放，进而导致了材料能够回复到初始形变。但是并非所有的聚氨酯都具有形状记忆效应，只有当软硬段分子量控制在一个的合适范围内时，聚氨酯才具备形状记忆效应.
形状记忆合金 摘要：形状记忆合金作为一种特殊的新型功能材料,是集感知与驱动于一体的智能材料,因其功能独特,可以制作小巧玲珑、高度自动化、性能可靠的元器件而备受瞩目,并获得了广泛应用。本论文主要讨论形状记忆合金相关内容,介绍了形状记忆合金在工程中应用的现状以及发展前景。 关键词：形状记忆合金;形状记忆合金效应;应用 1.引言 形状记忆合金(Shape Memory Alloy ,SMA) 是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后,通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。形状记忆合金具有的能够记住其原始形状的功能称为形状记忆效应(Shape Memory Effect ,SME) 。研究表明, 很多合金材料都具有SME ,但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的,才具有利用价值。到目前为止,应用得最多的是Ni2Ti 合金和铜基合金(CuZnAl 和CuAlNi) 。 2.记忆合金的分类 记忆合金主要分为以下几种 1.单程记忆效应:形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状， 这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。 2.双程记忆效应:某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称 为双程记忆效应。 3.全程记忆效应: 加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相 形状，称为全程记忆效应。 3.形状记忆效应的应用 迄今为止,形状记忆合金在空间技术、医疗器械、机械器具、电子设备、能源开发、汽车工业及日常生活各方面都得到了广泛的应用,总的来说,按使用特性的不同,可归纳为下面几类: 1.自由恢复
18TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMPOSITE MATERIALS 1 General Introduction Shape-memory polymers (SMPs) are able to recover their original shape upon exposure to an external stimulus. The shape-memory phenomenon in SMPs arises from a dual segment system, in which one segment is highly elastic and the other is able to remarkably reduce its stiffness in the presence of a particular stimulus [1]. SMPs have a far higher recoverable strain (up to 400%), much lower density, more convenient processing and fabrication techniques, and properties that are more easily tailored to better accommodate the requirements of a particular application than the shape-memory alloys (SMAs). In addition to these advantages, low cost-not only for the materials themselves but also in processing and fabrication-enables the use of SMPs for a wide range of applications [2]. In this article, synthesis of two novel thermosetting SMP, fiber reinforced SMP composites (SMPCs) and their electrical activation, as well as the applications of SMPCs are discussed. 2 SMP composites (SMPCs) The main limitation of thermoplastic SMPs for the application is irreversible deformation during memory programming due to the creep. The styrene-based and epoxy-based thermosetting SMPs that, unlike traditional thermoplastic SMP, are capable of high thermomechanical properties are reported. Therefore, we introduced chemical crosslinks to improve in creep, strain recovery rate and strain fixity rate, where they are important quantities for describing shape-memory effect. Additionally, experimental results reveal that these two novel thermosetting SMPs have wider transition temperature from 37 to 150o C, higher shape recovery ratio ranged from 90 to 99%, higher elastic modulus of 2 to 3 GPa at room temperature, etc. SMPs can be activated not only by heat/magnetism (similar to SMAs), but also by light/moisture and even a change of pH value. The utilization of electricity to induce the SMPs is desirable owing to controllable and effective. conductive fillers, including carbon black [3], conductive hybrid fibers, chained Ni powder [4] and carbon-based nanopaper to the SMP, and carbon nanofibers (CNFs) were blended to transfer and improve electro-active response of the Beyond this, light-induced SMPs has been realized absorporative particles that act as heat delivery system. Upon irradiation with light of a suitable wavelength, the light is sent through the heat delivery system to trigger the SMP [6]. Recently, indirect activation by means of lowering the transition temperature of SMP has been achieved. As immersed into a special chemical solvent, solvent molecules diffuse into the polymer network and act as plasticizers, resulting in shape recovery [7]. Fig. 1. Series of photographs demonstrating the macroscopic shape memory effect of the SMP composite. The permanent shape is a flat strip, and the temporary shape is a right-angle shape. Reprinted with permission from Reference 5. ?2010, American Institute of Physics. SHAPE-MEMORY POLYMER BASED COMPOSITE MA TERIALS AND THEIR APPLICATIONS SY. Du1*, JS. Leng1 1 Centre for Composite Materials and Structures, Harbin Institute of Technology, Harbin, China * Corresponding author(sydu@https://www.doczj.com/doc/2113958373.html,) Keywords: shape-memory polymer, composites, smart materials, applications