生物可降解高分子形状记忆合金的研究和进展

形状记忆的高分子材料的研究进展Research Progress of Shape Memory Polymer Material1 综述摘要：形状记忆高分子（SMP）是一类新型的功能高分子材料，是高分子材料研究、开发、应用的一个新的分支点，它同时兼具有塑料和橡胶的特性。

形状记忆高分子材料是一种可以响应外界刺激，并调整自身状态参数，从而回复到预先设定状态的一种智能高分子材料。

本文简单介绍了形状记忆高分子材料的性能、种类和应用。

关键词：形状记忆；高分子材料；聚合物；研究进展1形状记忆高分子材料简介.形状记忆的高分子材料是一种能够感知外部环境如光、热、、电、磁等，并且能够根据外部环境的变化而自发的对自身的参数进行调整还原到预先设定状态的一种智能高分子材料。

形状记忆高分子( Shape Memory Polymer，简称 SMP) 材料具有可恢复形变量大、质轻价廉、易成型加工、电绝缘效果好等优点，从20世纪80年代以来赢得广泛关注和研究，并得到了快速发展，因其独特的性能和特点，使其这些年来在材料领域中扮演着重要的角色。

近40年来，科研工作者们相继开发出了多种形状记忆高分子材料，如聚乙烯、聚异戊二烯、聚酯、共聚酯、聚酰胺、共聚酰胺、聚氨酯等，它们被广泛应用于航空航天、生物医用、智能纺织、信息载体、自我修复等多个材料领域。

显示出了形状记忆高分子材料广泛的应用前景的地位。

2.形状记忆高分子材料的分类及应用根据响应方式的不同可以将形状记忆高分子分材料大致分为热致型、光致型、化学感应型、电致型等类型。

其中，热致感应型和光致感应型应用最为广泛。

2.1热致感应型热致SMP是一种通过施加电场或红外光照射等刺激促使其在室温以上变形，并能在室温固定形变且可长期存放，当再次升温至某一固定温度时，材料能够恢复到初始形状。

热致型SMP被广泛用于医疗卫生、体育运动、建筑、包装、汽车及科学实验等领域，如医用器械、泡沫塑料、坐垫、光信息记录介质及报警器等。

新型功能性高分子材料的研究进展作为一种重要的材料，在生产和生活中用途广泛的高分子材料已经走过了一个漫长而辉煌的历史。

现如今，随着人类不断向着高效、智能和环保的方向发展，对于新型高分子材料的需求也越来越高。

近年来，新型功能性高分子材料的研究进展备受关注，取得了不少重大突破。

本文将对新型功能性高分子材料的研究现状和发展方向进行分析和总结。

一、新型功能性高分子材料的种类新型功能性高分子材料是一类重要的高科技材料，它包括了许多种类，如高强度材料、高温材料、智能材料、生物材料等等。

这些材料在人类的生产和生活中扮演着重要的角色。

（一）高强度材料高分子材料的高强度是其独特的特点之一。

高强度材料一般具有极高的拉伸强度和模量，通常是通过改变高聚物的结构和合成的方式来实现的。

例如，碳纤维增强树脂（CFRP）就是一种高强度材料，它在航空航天、汽车、铁路、体育器材等领域广泛应用。

（二）高温材料高温材料也是一种重要的高分子材料。

高温材料的耐高温性能在一定程度上影响其应用范围和使用寿命。

目前，高温材料主要包括热塑性和热固性两类。

例如，聚苯硫脲（PPSU）是一种热塑性高温材料，其热稳定性、耐磨性和耐化学性能良好。

（三）智能材料智能材料是一种具有特定物理性质，可在外界刺激下自主感知和响应的材料。

目前，智能材料主要包括形状记忆材料、电致变材料、引热变形材料、光敏材料等等。

这些材料在人类的生产和生活中用途广泛，例如，形状记忆合金（SMA）可以广泛应用于机器人、医药等领域。

（四）生物材料生物材料也是一种新型的功能性高分子材料，它具有优良的生物相容性和生物活性。

生物材料主要包括生物可降解材料、生物惰性材料和生物活性材料三类。

如聚乳酸（PLA）是一种生物可降解材料，它已被广泛应用于医学领域。

二、随着人类对高效、智能、环保的需求不断增加，新型功能性高分子材料在不断推陈出新。

目前，新型功能性高分子材料的研究主要集中在以下几个方向：（一）高强度材料的研究高强度材料的研究是近年来新型功能性高分子材料的热点之一。

作者简介：周成飞（1958-），男，研究员，主要从事高分子功能材料及其射线改性技术研究。

收稿日期：2021-03-08超分子聚合物是指利用氢键、金属配位、π-π堆积及离子效应等合成的聚合物。

非共价键结合的超分子聚合物由于其特殊的结构及性能引起了广泛的关注[1~3]。

而形状记忆聚合物就是能够在界刺激下从一种或多种临时形状转变为预定形状，有4种基本类型:热致、电致、光致和化学感应型，在医疗、包装、建筑、玩具、汽车、报警器材等领域的应用[4~6]。

超分子聚合物和形状记忆聚合物的有效结合，就形成了超分子形状记忆聚合物这一新的研究方向。

本文主要就超分子形状记忆聚合物的合成及应用研究进展作一介绍。

1　合成方法超分子形状记忆聚合物一般可包括氢键超分子聚合物、配合物型超分子聚合物、π-π堆积超分子聚合物及离子效应超分子聚合物。

1.1　氢键作用利用氢键相互作用来制备超分子聚合物是超分子形状记忆聚合物的最重要方法。

Chen 等[7,8]曾以BINA 、HDI 和BDO 为原料合成了一系列含吡啶的超分子聚氨酯（PUPys ）。

结果表明，在吡啶基元和氨基甲酸酯基团区域都存在不同的分子间氢键，并且，这种超分子聚氨酯具有良好的形状记忆效果，即有较高的形状固定度（>97%）和较高的形状恢复率（>91.7%）。

Chen 等[9]还用脲基嘧啶酮（UPy ）二聚体合成了强四重氢键交联的聚乙烯醇（PVA ）超分子网络。

研究发现，该材料表现出良好的热致和水致形状记忆性能，形状恢复率接近99%。

并且，在水和碱性溶液（pH 12）中或在低于120 ℃的温度下具有良好的稳定性。

另外，Kashif 等[10]还在3-氨基-1,2,4-三唑存在下，通过熔融共混两种半结晶马来酸酐化弹性体（马来酸酐化乙烯丙烯二烯橡胶和马来酸酐化聚乙烯辛烯弹性体）制备了形状记忆聚合物复合材料，在这两种弹性体之间形成超分子氢键相互作用。

结果表明，该共混物具有良好的形状记忆性能。

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。

收稿日期:2004210214;修改稿收到日期:2004211228。

作者简介:姜敏,女,1972年生,湖北公安人,湖北工业大学高分子材料专业硕士研究生,主要研究领域为高分子材料、复合材料研究与开发。

综　述形状记忆聚合物研究现状与发展姜敏　彭少贤　郦华兴(湖北工业大学,武汉,430068) 摘要:讨论了形状记忆聚合物的类型和特点,综述了聚氨酯、交联聚乙烯、反式1,42聚异戊二烯等形状记忆聚合物的研究进展,分析了形状记忆聚合物的形状记忆机理及其应用,并提出了存在的问题。

关键词:　形状记忆　聚合物　机理　述评 自1960年美国海军试验室Bucher 等人首次发现镍钛合金中的形状记忆效应以来,形状记忆材料在世界范围内引起了广泛的关注,且其研究取得了巨大的进展。

所谓“形状记忆”是指具有初始形状的制品经形变固定之后,通过热能、光能、电能等物理因素以及酸碱度、相转变反应和螯合反应等化学因素为刺激手段的处理又可使其恢复初始形状的现象。

形状记忆材料包括形状记忆合金(SMA ),形状记忆陶瓷(SMC )和形状记忆聚合物(SM P )[1]。

其中形状记忆合金,目前在基础研究和应用开发研究方面取得了巨大进展,并已在航空、航天、医学、工程及人们日常生活领域中得到了广泛的应用。

然而形状记忆聚合物在1984年才取得第一个专利,但由于其具有变形量大,赋形容易,形状响应温度便于调整,且还有保温、绝缘性能好、不锈蚀、易着色、可印刷、质轻价廉等特点,都是SMA 所无法比拟的,因而,SM P 以后来者居上的身份成为目前热门的功能材料之一。

1　SMP 的研究进展世界上第1种SM P 是法国的Cdf Chime 公司(即现在的Orkem 公司)于1984年开发的聚降冰片烯。

日本的杰昂( )公司购买这项制造专利后,在进一步的研究中发现了它的形状记忆功能[2]。

目前已工业化生产和实际应用,商品名为NORSO EX 。

近年来,SMP 在国外发展很快,尤其是日本,目前已有多家公司拥有工业化应用的固体粉末(或颗粒)SMP 生产技术。

高分子材料的形状记忆性能研究形状记忆材料是一类具有特殊性能的材料，在受到外界刺激时能够回复其原有形状。

这一特性在许多领域都有潜在应用，例如医疗、电子、航空航天等。

而高分子材料是一类常见的形状记忆材料，其研究一直备受关注。

本文将探讨高分子材料的形状记忆性能，以及相关研究进展和应用前景。

1. 形状记忆材料的原理形状记忆材料具有两个基本状态：一是其正常状态，也称为高温状态，该状态下材料保持着其所具有的原始形状；二是其特殊状态，也称为低温状态，该状态下材料会发生一定程度的形状变化。

形状记忆材料的形状记忆性能主要依赖于两种基本原理：热致形状记忆效应和应力驱动形状记忆效应。

2. 高分子材料的形状记忆性能高分子材料是一类具有长链结构的聚合物材料，其形状记忆性能主要通过调控其结构和组成来实现。

高分子材料的形状记忆性能可以通过改变温度、应力或其他外界刺激来实现形状的转变和恢复。

具体而言，高分子材料的形状记忆性能可以通过以下几个方面来评价和研究：转变温度、形状记忆率、形状恢复速度和循环稳定性。

3. 影响高分子材料形状记忆性能的因素在研究高分子材料的形状记忆性能时，有许多因素会对其性能产生影响。

其中，材料的结构和组成是最为重要的因素之一。

高分子材料的结构可以通过控制聚合物的交联度、分子量以及交联点的类型和密度来实现对形状记忆性能的调控。

此外，材料的加工方法、处理过程、外界刺激等也会对形状记忆性能产生影响，因此需要对这些因素进行精确控制和研究。

4. 高分子材料形状记忆性能的研究进展高分子材料的形状记忆性能一直备受研究者的关注。

近年来，许多新型材料和制备方法被提出和应用于高分子材料的形状记忆性能研究中。

例如，利用纳米颗粒增强材料的形状记忆性能，通过界面改性增加材料的形状恢复速度等。

这些研究为高分子材料的形状记忆性能提供了新的途径和思路。

5. 高分子材料形状记忆性能的应用前景高分子材料的形状记忆性能在众多领域具有广阔的应用前景。

形状记忆合⾦形状记忆合⾦摘要：扼要地叙述了形状记忆合⾦及其性能，介绍了形状记忆合⾦在许多领域的应⽤以及未来的⼀些发展趋势。

关键词：形状记忆合⾦、应⽤⼀、形状记忆合⾦的发展形状记忆合⾦是在⼀个偶然的机会中，⽆意间被发现的。

那是1961年春末夏初的事情，⼀天，美国海军的⼀个研究所军械研究室的冶⾦专家彼勒，因在其试验的⼯程中需要⼀批特殊的合⾦丝——镍（Ni）钛(Ti)合⾦丝（⼜称NT合⾦）。

由于从仓库领来的这些细丝弯弯曲曲盘在⼀起，于是彼勒让⼯作⼈员把它们⼀根⼀根的拉直备⽤，然⽽在这⼀过程中，⼯作⼈员惊异的发现，这些被拉直的镍钛合⾦丝在接近⽕源时，奇迹出现了，它们马上⼜恢复到与领来时完全⼀样的弯曲形状，堆积在⼀起。

冶⾦专家彼勒对此是既感到惊异⼜⾮常有兴趣。

为了证实这种现象的存在，他⼜进⾏了多次重复实验进⾏验证，把弯曲的镍钛合⾦丝拉直后再加热，当弯曲的镍钛合⾦丝升⾼到⼀定的温度时，这些合⾦丝果然⼜恢复到了原先的弯曲状态。

彼勒的实验结果表明：镍钛合⾦具有“单向”形状记忆功能，它能“记住”⾃⼰在较⾼温度状态下的形状，⽆论平时把它变成何种形状，只要把它加热到某⼀特定的温度，它就能⽴即恢复到原来的形状。

免费论⽂，记忆能⼒。

将NT合⾦加⼯成⼀定的形状，在300℃～1000℃温度下热处理30分钟，这种合⾦就能“记住”⾃⼰的形状。

在彼勒研究的基础上，科学家们通过进⼀步的研究与实验还发现：⾃然界确实存在着能恢复原状的物质。

科学家们把镍钛合⾦所具有的这种特性称为合⾦的“形状记忆效应”；称这种能恢复原状的合⾦为形状记忆合⾦。

科学家们在深⼊研究的过程中还发现，许多合⾦，如⾦镉合⾦、铜铝镍合⾦、铜锌合⾦等，也有如同镍钛合⾦⼀样的形状记忆功能。

⼆、形状记忆合⾦的性能（⼀）超弹性特性（伪弹性，机械形状记忆效应）形状记忆合⾦的机械性质优良，能恢复的形变可⾼达10％，⽽⼀般⾦属材料只有0.1％以下，⼏乎⾼出普通⾦属材料弹性应变两个数量级 ,可⽤来提⾼材料的冲击韧性将编制成⽹状的NiTi合⾦丝贴在⾼分⼦材料表⾯，明显提⾼了冲击韧性。

形状记忆合金材料的研究现状及未来前景近年来，形状记忆合金（Shape Memory Alloys，SMA）由于其独特的形状记忆效应和超弹性性能被广泛关注，并在智能材料、航空航天、生物医学等领域得到广泛应用。

本文将对形状记忆合金材料的研究现状及未来前景进行探讨。

一、形状记忆合金的定义和性质形状记忆合金是一种可以通过温度、应力等外界作用，实现形状记忆效应和超弹性性能的合金材料。

其最为独特的性质是具有记忆功能，即在特定的外力作用下，可以发生永久形状的改变，然而一旦去掉外力作用，它又能回到原有的形状。

这种记忆效应的发生和消失又称为相变。

此外，形状记忆合金还具有超弹性性能，即在外力作用下能够发生大变形，但当去掉外力后又能恢复到原来的形状，这种性质使它成为一种优良的智能材料。

二、形状记忆合金的研究现状自上世纪50年代以来，随着形状记忆合金的不断发展，人们对其进行了大量的研究。

目前国内外研究的重点主要集中在以下几个方面：1、形状记忆合金的制备与加工形状记忆合金是一种多功能复合材料，由于其自身的记忆和高弹性性能，以及其化学稳定性和防腐能力等，使其成为制造各种机械和电器设备的理想材料。

因此，制备和加工成为了重要的研究方向。

现阶段，形状记忆合金的制备方法主要包括粉末冶金、熔融法、溶液分解-沉淀法等。

其中，粉末冶金是最成熟的制备方法，在制备形状记忆合金时，一般采用惯性摩擦焊、冷轧板等加工成型方式。

2、形状记忆合金的相变机理形状记忆合金的相变机理是产生记忆效应的关键因素。

现阶段，研究相变机理主要有两个方向：一是基于电子和晶体缺陷的相变机理，主要是探讨相变过程中电子和晶体缺陷的变化情况，包括离子扩散、漂移等；另一种是基于热力学的相变机理，主要是以热力学概念来研究SMA的相变。

3、形状记忆合金的应用形状记忆合金的应用有非常广泛的领域，包括生物医学、航空航天、汽车制造、机械制造、建筑工程等领域。

其中，最具代表性的应用就是在生物医学领域，如心脏支架、口腔矫治器，还有智能材料领域，如智能织物、智能机器人等。

一
1、简述生物的分类
2、阐述我国生物材料的研究及产业存在的问题与机遇
3、简述生物材料研究的特点及涉及的主要内容
二
1、比较生物材料和普通工程材料在成分、结构、性能、使用环境、应用等方面的特点和不
同之处
2、请以宿主反应和材料反应两方面解释生物相容性
3、微观和宏观角度阐述材料和组织相互作用的过程和现象，并举例说明生物组织对生物材
料可能产生的影响
4、举例说明改进材料的血液相容性和组织相容性的方法（不少于两个）
5、举例说明生物材料在体内可能发生的反应和变化
三
1、比较不锈钢、钛合金、形状记忆合金、镁合金的结构性能特点以及在生物医学领域的应
用和局限
2、举例说明生物医用金属表面改性的意义和方法
3、举例说明生物活性无机材料的主要种类、结构和性能和应用特点
4、谈谈学习视频资料（spareparts 人体配件）后的体会
四
1、举例说明结构蛋白、结构多糖的种类结构和性能特点
2、介绍胶原的提取方法和相关制品，并举例说明在生物医学方面的应用
3、阐述纤维素和壳聚糖的结构性能特点，以及在生物医学上的应用
4、举例说明生物矿物的结构特点和仿生合成在材料制备上的意义
五
1、比较生物惰性高分子和生物降解性高分子的种类，结构和性能特点，并举例说明各自在
生物医学领域的而应用
2、阐述与组织工程研究的关键问题举例说明组织工程支架材料的主要种类和基本性能要
求
3、举例说明药物缓释和控释的意义和药物释放载体材料的种类，并阐述药物缓释和控释原
理
4、谈谈学习了视频资料（selfrepair 自我修复）的体会和受到的启发。

高分子材料的形状记忆性能研究近年来，高分子材料的形状记忆性能一直受到广泛关注。

形状记忆性能是指在受到外界刺激后，高分子材料能够自动恢复到其原始形状的能力。

这种记忆能力使得高分子材料在许多领域都有着广泛的应用前景，如人工智能、生物医学工程和可穿戴设备等。

形状记忆性能的研究主要涉及到两个方面：首先是高分子材料的记忆效应。

高分子材料的形状记忆机制是由其特殊的结构决定的。

大多数高分子材料都是由线性或交联聚合物链组成的，当受到外界温度、光线或电场等刺激时，高分子材料的分子链会经历某种结构转变，从而改变材料的形状。

当外界刺激消失时，高分子材料又会自动恢复到原来的形状。

这种形状记忆效应是由于高分子材料的内部结构发生了可逆性改变。

第二个方面是高分子材料的形状记忆机理。

形状记忆机理主要包括两种类型：一种是热致形状记忆，另一种是光致形状记忆。

热致形状记忆是指高分子材料在恢复原状时，利用外界的温度变化来驱动分子链的结构恢复。

光致形状记忆则是通过外界的光线刺激实现形状的恢复。

这两种形状记忆机理有着不同的优缺点和应用范围，研究人员正在不断深入探索它们的机制，并提出更加高效的方法。

形状记忆性能的研究还面临一些挑战。

首先是高分子材料的制备。

高分子材料的形状记忆性能需要通过合成合适的聚合物来实现。

为了达到理想的形状记忆性能，研究人员需要精确控制聚合物的结构和分子链的排列方式。

其次是形状记忆性能的稳定性问题。

由于高分子材料的形状记忆性能是由分子链结构的可逆变化决定的，因此在长时间使用或多次形状转变后，高分子材料的形状记忆性能可能会出现衰退或丢失的情况。

针对这个问题，研究人员正在尝试将形状记忆性能与其他物理性能相结合，以提高材料的稳定性。

高分子材料的形状记忆性能研究不仅局限于实验室的理论探索，还涉及到许多实际应用。

例如，在可穿戴设备中，形状记忆材料能够根据人体的形态变化，自动调整设备的形状，提供更好的舒适度和适配性。

在生物医学工程领域，形状记忆材料可用于制作人工血管、智能药物释放系统等，以实现更加精确和有效的治疗。

基于形状记忆合金的自修复材料研究与应用基于形状记忆合金的自修复材料研究与应用摘要：近年来，形状记忆合金作为一种新型智能材料受到了广泛关注。

形状记忆合金具有记忆性能和超弹性等特点，可以在外界作用力的作用下发生可逆形状变化。

本文将重点探讨形状记忆合金自修复材料的研究进展与应用。

首先介绍了形状记忆合金的基本原理和性能特点，然后阐述了形状记忆合金的自修复机制及其影响因素。

接着，概述了形状记忆合金自修复材料的实验设计和制备方法。

最后，着重讨论了形状记忆合金自修复材料的应用领域与前景，并指出了该领域的研究方向和挑战。

1. 引言自修复材料的研究和开发一直是材料科学的热点领域。

传统的自修复材料通常采用多功能物质混合形成的复合材料，其中含有自愈合聚合物等。

然而，这些材料往往存在修复效果不彻底、容易受到环境温度和湿度的影响等问题。

相比之下，形状记忆合金作为一种新型的智能材料，具有较高的应变能力和良好的自修复能力，成为了自修复材料研究的重要方向。

2. 形状记忆合金的基本原理和性能特点形状记忆合金是一类能在温度、压力、磁场等外界作用力下出现可逆形状变化的合金材料。

其基本原理是合金中的晶格结构发生相变，导致形状变化。

典型的形状记忆合金有Ni-Ti合金和Cu-Al-Ni合金等。

形状记忆合金具有记忆性、超弹性、储能能力和抗腐蚀性等特点。

3. 形状记忆合金自修复机制及其影响因素形状记忆合金的自修复机制主要是由相变引起的。

在受力破损的区域，形状记忆合金会发生相变，使得破损部位恢复原状。

其自修复效果的影响因素包括合金成分、加热温度和时间、外界应力等。

4. 形状记忆合金自修复材料的实验设计和制备方法制备形状记忆合金自修复材料需要设计合适的实验方案和选择适当的制备方法。

常用的制备方法包括熔融法、固态合成法和溶液法等。

通过调控制备条件和合金成分，可以获得具有良好自修复性能的形状记忆合金。

5. 形状记忆合金自修复材料的应用领域与前景形状记忆合金自修复材料具有广泛的应用前景。

材料科学前沿材料科学作为一门研究材料的结构、性能、加工及其与实际应用之间关系的学科，近年来取得了飞速的发展。

随着科技的进步和人类对高性能材料的不断追求，材料科学的研究前沿正不断拓展，为各行各业带来了革命性的变革。

纳米技术的突破在材料科学领域，纳米技术的应用已成为一个重要研究方向。

通过控制材料的微观结构至纳米级别，科学家们能够显著改善材料的力学、电学及光学性能。

例如，纳米复合材料因其优异的机械强度和耐热性，被广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。

生物可降解材料环保意识的增强推动了生物可降解材料的研究与发展。

这类材料能够在自然条件下分解，减少对环境的污染。

目前，生物可降解塑料、生物医用材料等已开始逐步替代传统塑料和金属材料，在包装、医疗等行业中得到应用。

智能材料的研发智能材料是指能够对外界刺激（如温度、压力、电磁场）作出反应的材料。

这些材料在传感器、驱动器、自适应系统等方面展现出巨大潜力。

例如，形状记忆合金可以在特定温度下恢复其原始形态，被用于医疗器械和智能服装中。

超导材料的新进展超导材料因其在低温下零电阻和完全抗磁性的特点，一直是物理学和材料科学的热点。

近年来，研究人员在提高超导材料的临界温度方面取得了显著进展，这对于电力输送、磁悬浮交通等领域具有重大意义。

能源存储材料的创新随着可再生能源的广泛应用，高效能源存储材料的需求日益增长。

新型电池技术，如固态电池、锂空气电池等，因其高能量密度和长寿命特性，被视为未来能源存储的重要方向。

此外，超级电容器作为一种快速充放电的储能设备，也在电动汽车、智能电网等领域显示出巨大潜力。

结语材料科学的发展不仅推动了科技进步，也极大地改善了人类的生活质量。

未来，随着新材料的不断涌现和技术的进一步成熟，我们有理由相信，材料科学将继续在能源、环境、信息、生命科学等领域发挥关键作用，引领人类社会向更加可持续、高效的方向发展。

生物医用形状记忆高分子材料摘要：形状记忆聚合物作为一种智能材料，已经在生物医用领域显示出了巨大的应用前景。

基于形状记忆聚合物材料的原理，组成和结构可以设计兼具生物降解性、生物相容性等多种功能的新型智能材料。

本文综述了三种典型的生物降解性形状记忆聚合物材料(聚乳酸、聚己内酯、聚氨酯)的发展，从结构上对三种形状记忆聚合物进行了分类讨论，详细分析了不同种类聚合物形状记忆的机理、形状变化的固定率和回复率、回复速率等，并介绍了一些形状记忆聚合物材料在生物医学中的应用。

最后对医用形状记忆聚合物未来发展进行了展望：双程形状记忆聚合物及体温转变形状记忆材料将会受到研究者的重点关注。

关键词：生物医用；形状记忆聚合物；聚乳酸；聚己内酯；聚氨酯形状记忆聚合物(shape memory polymers)是一类具有刺激-响应的新型智能高分子材料，其能感知外界环境变化，并对外界刺激做出响应，从而自发调节自身状态参数恢复到预先设计的状态[1]。

兼具生物相容性和生物降解性的SMPs已经在微创外科手术[2,3]、血管支架[4,5]、骨组织的固定[6,7]、可控药物缓释[8,9]、血栓移除[10]中得到了应用。

本文详细讨论了聚乳酸基、聚己内酯基和聚氨酯基三种最常见的生物降解形状记忆聚合物的研究状况。

1 聚乳酸基形状记忆聚合物聚乳酸类材料是一种典型的生物医用材料，具有良好的生物相容性和生物降解性，小分子降解产物能通过体内代谢排出体外[11]。

按照形状记忆聚乳酸的分子结构可将其分为聚乳酸共聚物，聚乳酸共混物和聚乳酸基复合材料三类。

1.1 聚乳酸共聚物纯的聚乳酸材料脆而硬，亲水性差，强度高但其韧性较差，极大地限制了其在生物医学领域中的应用[12]。

在聚乳酸基体中引入第二单体形成聚乳酸基共聚物，能显著地改善其性能。

通过调节PLA与其他单体的比例，可以得到韧性好、降解速率可调，力学性能优异的共聚形状记忆聚乳酸材料[13,14]。

聚己内酯(PCL)[15-17]和聚乙醇酸(PGA)[18]是聚乳酸基形状记忆聚合物常用共聚单元，此外对二氧环酮[19,20]，乙交酯[19]与PLA的共聚物也能表现出形状记忆性能。

2015年6月21日形状记忆合金的研究与应用姓 名： 赵泰先 学 号： 013412154指导教师：汪 潇形状记忆合金的研究与应用摘要：形状记忆合金，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形变，恢复其形变原始形狀的合金材料。

这种合金在高温（奥氏体状态）下发生的“伪弹性”行为，表现为这种合金能承载比一般金属大几倍甚至几十倍的可恢复应变。

形状记忆合金的这些独特性质源于其内部发生的一种独特的固态相变——热弹性马氏相变体。

关键词：形状记忆合金（SMA）、马氏相变体、记忆效应（SME）引言形状记忆合金材料兼有传感和驱动的双重功能，是一种智能结构中技术成熟性很高的功能材料，可以实现机械结构的微型化和智能化。

形状记忆效应(SME)即某种材料在高温定形后，冷却到低温(或室温)，并施加变形，使它存在残余变形[1,2]。

当温加热超过材料的相变点，残余变形即可消失，恢复到高温时的固有形状，如同记住了高温下的状态。

SMA及其驱动控制系统具有许多的优点，如高功率重量比，适于微型化；集传感、控制、换能、致动于一身，结构简单，易于控制；对环境适应能力强，不受温度以外的其他因素影响等，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，因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。

1、发展史1932年,瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到"记忆"效应，即合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。

记忆合金的开发迄今不过20余年，但由于其在各领域的特效应用，正广为世人所瞩目，被誉为"神奇的功能材料"。

最早关于形状记忆效应的报道是由Chang及Read等人在1952年作出的。

他们观察到Au-Cd合金中相变的可逆性。

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。

形状记忆聚合物及其在生物医学工程中的应用3朱光明1△综述　刘忠让2审校1(西北工业大学应用化学系,西安710072)2(陕西正源科技发展公司,西安710052) 摘要　介绍了形状记忆聚合物的最新研究进展,从结构角度分析和探讨了聚合物产生形状记忆效应的原理,并对聚氨酯、交联聚酯、聚合物凝胶等形状记忆高分子材料的特性及其在生物医学工程领域的应用进行了介绍和评价。

关键词　形状记忆聚合物　聚氨酯　聚己内酯　聚乳酸Shape-m em ory Poly m ers for B iom ed ica l Eng i neer i ng Appl ica tion sZhu Guang m i ng1∃　L iu Zhongrang21(D ep a rt.of A pp lied Che m.,N orthw est P oly tech.U n iv.X i’an　710072,Ch ina)2(S haanx i Z hengy uan T echnology D evelopm en t L td.X i’an　710052,Ch ina) Abstract　T he latest p rogress in shape2m emo ry po lym er fo r bi om edical engineering app licati ons w as summ arized in th is paper.T he m echanis m responsible fo r shape m emo ry effect w as analyzed in reference to the po lym er structure.A lso introduced and review ed w ere the characteristics of som e shape2m emo ry po lym ers (po lyurethane po lycap ro lactone and po lylactide)and their app licati ons in m edical engineering.Key words　Shape2m emo ry po lym er Po lyurethane Po lycap ro lactone Po lylactide1　前　言形状记忆材料是指能够感知并响应环境变化(如温度、力、电磁、溶剂等)的刺激,对其状态参数(如形状、位置、应变等)进行调整,从而回复到其预先设定状态的材料。

形状记忆高分子材料的发展及应用概况一、本文概述形状记忆高分子材料（Shape Memory Polymers, SMPs）是一类具有独特形状记忆效应的智能材料，能够在受到外界刺激（如温度、光照、电场、磁场等）时，恢复其原始形状。

自上世纪90年代开始，随着材料科学和工程技术的不断进步，形状记忆高分子材料得到了快速发展，并在航空航天、生物医疗、汽车制造、智能传感器等领域展现出广阔的应用前景。

本文旨在全面概述形状记忆高分子材料的发展历程、基本原理、性能特点以及当前的应用概况，以期为相关领域的科研工作者和工程师提供参考和启示。

在发展历程方面，本文将介绍形状记忆高分子材料的起源、发展阶段和当前的研究热点。

在基本原理方面，将重点阐述形状记忆高分子材料的形状记忆效应产生的机制，包括交联网络结构、可逆物理/化学交联、热膨胀系数等。

在性能特点方面，将总结形状记忆高分子材料的优点和局限性，如形状恢复速度快、可重复性好、加工性能好等，以及其在高温、高湿等恶劣环境下的稳定性问题。

在应用概况方面，将详细介绍形状记忆高分子材料在航空航天、生物医疗、汽车制造、智能传感器等领域的具体应用案例，并分析其未来的发展趋势和市场前景。

通过本文的综述，读者可以全面了解形状记忆高分子材料的最新研究进展和应用现状，为相关领域的科研和产业发展提供有益的参考。

二、形状记忆高分子材料的分类形状记忆高分子材料（Shape Memory Polymers, SMPs）是一类具有独特“记忆”形状功能的智能材料。

它们能够在外部刺激（如温度、光照、电场、磁场或pH值变化等）的作用下，从临时形状恢复到其原始形状。

根据恢复机制的不同，形状记忆高分子材料可以分为以下几类：热致型形状记忆高分子材料：这类材料利用热响应来触发形状记忆效应。

它们通常包含两个或多个具有不同玻璃化转变温度（Tg）的组分，通过加热到特定温度，材料能够从一个临时形状恢复到原始形状。

这类材料在航空航天、医疗器械和智能织物等领域具有广泛的应用前景。

高分子材料的可塑性与可变形性研究高分子材料是一类具有广泛应用的材料，具有可塑性和可变形性是其重要的特性之一。

本文将围绕高分子材料的可塑性与可变形性展开研究，并探讨其在不同领域中的应用。

一、可塑性的概念与特点可塑性是指材料在外力作用下能够发生塑性变形的能力。

在高分子材料中，可塑性与分子链的运动和排列有着密切的关系。

高分子材料的分子链通常呈线性或支化结构，并且分子链之间存在着较强的相互作用力。

这种结构决定了高分子材料具有较高的可塑性。

可塑性主要表现在高分子材料在外力作用下能够拉伸、压缩、扭曲等变形，而不会发生断裂。

这是因为高分子材料的分子链在外力作用下可以在一定程度上滑动或转动。

此外，高分子材料的熔点相对较低，也增加了其可塑性。

这些特点使得高分子材料在工程应用中能够灵活地进行加工和成型。

二、可塑性与工程应用1. 塑料制品高分子材料的可塑性使其成为塑料制品的主要材料之一。

通过加热和加压等工艺，高分子材料可以被塑化成各种形状，如塑料薄膜、塑料容器、塑料管道等。

这些塑料制品在日常生活、工业生产、医疗卫生等领域中得到广泛应用。

2. 橡胶制品橡胶是一种具有良好可塑性的高分子材料。

橡胶制品通过挤压、压延、注塑等工艺制造而成，如橡胶密封件、橡胶管道等。

橡胶的可塑性使其具备良好的弹性和密封性能，广泛应用于汽车制造、建筑工程、航空航天等领域。

三、可变形性的研究与应用可变形性是指材料在外力作用下会发生形态的变化。

与可塑性不同，可变形性更加侧重于材料在外力作用下所产生的形态变化和由此带来的性能改变。

1. 形状记忆合金形状记忆合金是一种具有良好可变形性的高分子材料。

在外界温度或应力的作用下，形状记忆合金可以发生形状的可逆性变化。

这种特性使得形状记忆合金在航空航天、医疗器械等领域中得到广泛应用，如飞机螺旋桨、心脏支架等。

2. 弹性体弹性体是一种具有较高可变形性的高分子材料。

弹性体在外力作用下可以发生较大的变形，但在去除外力后能恢复到原始形态。

生物医学工程学中的材料研究一、引言随着生物医学工程学的迅猛发展，生物医学工程学中的材料研究也愈加重要。

材料作为生物医学工程学中的基础设施，扮演着重要的角色，目前生物医学工程学所使用的材料，在材料的力学性能、生物相容性、可制造性等方面还存在许多不足。

因此，本文将从目前生物医学工程学中应用最广泛的生物材料，向大家介绍生物医学工程学中的材料研究现状和未来发展趋势。

二、生物医学工程学中常见的生物材料生物材料是指可以与生物体相容的材料。

目前生物医学工程学中使用最广泛的生物材料为人工骨骼和人工关节组织材料。

它们的主要成分是钛合金、聚乳酸、高分子材料以及脱细胞的外科手术组织等。

这些材料可以用于人工手术和器官移植等医疗领域。

三、生物医学工程学中的材料研究现状在生物医学工程学中，对材料的研究主要是针对材料的生物相容性、强度和耐磨性等性能进行研究。

目前，许多生物材料因其良好的生物相容性、强度和可制造性等特点得到了广泛的使用，例如多种形状记忆合金材料和聚乳酸等高分子材料，但这些材料还存在一些不足：1. 生物相容性: 某些生物材料可能会引发人体免疫反应，且不同层次的免疫反应会对早期和长期的治疗效果造成影响，导致术后并发症。

2. 强度和耐磨性: 由于应用环境的复杂度和医疗器械的压力等特征，许多材料在使用过程中无法承受高负荷，缩短了它们的使用寿命，因此强度和耐磨性成为制造和设计生物医学器械时需要考虑的重要指标。

四、未来生物医学工程学中材料研究的发展趋势生物医学工程学中材料研究的未来发展将包括以下几个方面：1. 定制化生物材料的发展: 生物医学工程学希望能够让不同的病患者或使用场景定制他们所需的材料。

例如，一个需要使用关节置换材料的病人可能需要不同的材料来应对他们的个人生物特征和病情。

2. 利用智能材料改善生物医学器械的设计: 智能材料具有改变形状、自我修复等“神奇”特性，这些特性可以成为生物医学器械的设计所需的巨大优势。

例如可自组装纳米材料，可以应用于癌症治疗，可通过磁场控制药物的释放量及频次。

形状记忆聚合物的研究及其应用第一章绪论形状记忆聚合物是一种具有记忆性能的高分子材料，其可以产生可逆变形行为，具有广泛的应用前景。

本文将介绍形状记忆聚合物的研究进展以及其在各领域中的应用。

第二章形状记忆聚合物的研究形状记忆聚合物是一种由特殊的聚合物基质构成的高分子材料。

它的形状可随着溶剂、温度、电场、光等外部条件的变化产生可逆性的变形。

因此，它拥有一定的智能性，被广泛应用于各个领域。

形状记忆聚合物的主要结构包括线性结构、交联结构、网络结构等，其中交联结构和网络结构更加适合形状记忆应用，因为它们具有更好的弹性和形变能力。

形状记忆聚合物的形状记忆效应是由聚合物链的编织结构和交联结构、结晶性、形态等在加热或冷却过程中的相变引起的。

在这个过程中，形状记忆聚合物中的链和交联点会进行可逆的位移和旋转，从而产生可逆的形变。

此外，形状记忆聚合物还具有形状记忆材料的其他特征，如自修复性能，自润滑性能等。

形状记忆聚合物的研究主要包括材料的合成、结构与性质的表征以及应用研究等。

近年来，科学家们通过改变聚合物材料的交联结构、晶态结构以及形态结构等方面的调控，成功地提高了形状记忆聚合物的响应速度、形变能力、热稳定性等性能，发展了一系列新的高性能形状记忆聚合物。

第三章形状记忆聚合物的应用形状记忆聚合物具有卓越的应用前景，广泛应用于医学、航天航空、建筑等领域。

3.1 医学领域在医学领域中，形状记忆聚合物可以应用于生物修复和医疗器械等方面。

例如，可以将形状记忆聚合物作为缝合线，将其置放在组织器官中，随着体内温度的变化而进行形态修复和固定。

此外，可以将形状记忆聚合物应用于医疗器械的制造，如形状记忆聚合物支架、人工骨等材料，具有优异的生物相容性和形变能力。

3.2 航天航空领域形状记忆聚合物可以应用于航天航空领域的机构调整、形状变化等方面。

例如，可以将形状记忆聚合物用于飞机机身的气动调整装置、发动机变形处理手段等工程中。

3.3 建筑领域形状记忆聚合物可以应用于建筑领域中的防震减灾、隔音降噪等方面。