形状记忆高分子材料

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。

有形状记忆功能的高分子材料摘要：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,特别对聚氨酯（形状记忆ＰＵｓ）的记忆原理和特征,及其研究现状和应用前景作了重点阐述同时对形状记忆高分子材料的发展前景进行了展望。

关键词：记忆效应；聚氨酯；聚酯聚氨酯；热致形状记忆高分子;形状记忆性;微相分离;玻璃化转变：一．概况：（一）引言汽车外壳上的凹痕，像压扁的乒乓球一样，浸泡在热水中就可以复原；登山服的透气性可以根据环境的温度自动调节；一部机器中的零部件可以按照预定的程序，根据外界的温度变化而有序地自动拆卸；供药系统可以根据患者的体温或血液的酸度自动地调控药剂释放的剂量和速度；断骨外的套管可以在体温的作用下束紧，并能够在创伤愈合后自动降解消失等等，这些看似神奇的设想，通过的一类新型材料———形状记忆材料，都已经逐一地变成了现实。

有人把这类材料称之为“智能材料”，并非过誉之词。

（二）发展日本捷闻、可乐丽、旭化成和三菱重工等公司就开发出聚降冰片烯、反式，聚异戊二烯和聚氨酯等形状记忆树脂。

但是一种材料所具有的某种新功能的发现，对于它是否能够真正在材料目录中占有一席之地以及能否真正为工程技术人员所采用，往往需要经过一段或长或短的时间。

这不仅和材料的生产成本及性能好坏有关，生产工艺的成熟与否也是需要重视的基本因素，有时它们可以成为起决定性作用的因素。

形状记忆聚合物的工作原理有记忆功能的高聚物，规范的术语应当是高分子形状记忆材料，一般分为热塑性和热固性两类。

它们在产生形状记忆效应时的主要机制大致相同。

这类高聚物在外力作用下，可以产生大的弹性形变，并且可以方便地"如降低温度!使这种形变保持下来，但是在外加某种刺激信号"如加热!时，材料又可以恢复到原来的形状。

这种变化过程，称为形状记忆效应。

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。

具有形状记忆功能的高分子材料研究随着科技的不断进步，人们对材料的需求也越来越高。

而其中一种备受关注的材料就是具有形状记忆功能的高分子材料。

形状记忆是指材料能够根据外界刺激或者内部条件，自主改变自身形状，并在刺激消失后回复到最初的形态。

这种材料的研究在医疗、智能材料和工程领域有着广泛的应用前景。

形状记忆功能的高分子材料的研究始于二十世纪五十年代，当时的科研工作者开始对具有嵌段结构的聚合物进行研究。

随后，研究人员发现，在这些聚合物中，具有相干结构的片段能够形成物理交联点，从而赋予材料形状记忆功能。

这种交联点可以通过加热或者其他方式来打破，使材料恢复到初始形状。

这项研究成果引起了广泛关注，并在此后的几十年里得到了持续的探索和发展。

目前，研究人员主要专注于两种形状记忆高分子材料：热致形状记忆材料和光致形状记忆材料。

热致形状记忆材料是最常见的一种，其材料中添加了热塑性嵌段，能够在一定温度范围内发生熔融和再结晶。

这些嵌段之间形成的序列结构使材料具有记忆形状的能力。

当材料被加热到临界温度时，分子链之间的交联点会被打破，材料变得软化，可以任意塑性变形。

当材料冷却后，分子链之间的交联点再次形成，材料恢复到原始状态。

而光致形状记忆材料是一种相对较新的研究领域。

这类材料的形状变化是通过光敏染料的光热效应实现的。

光敏染料可以在特定波长的光照下吸收光能并将其转化为热能。

当材料暴露在特定光照下时，光敏染料吸收的光能会导致局部温度升高，从而改变材料的形状。

而当材料不再受到光照时，温度也会回落，材料恢复到原始形态。

形状记忆高分子材料的应用潜力巨大。

在医疗领域，这种材料可以用于智能药物释放系统。

例如，一种植入体可以被设计成在特定温度下打开，释放药物，并在其他条件下关闭，从而实现精确的药物控释。

这种智能药物释放系统可以减少药物滥用和副作用，提高临床治疗的效果。

在智能材料领域，形状记忆高分子材料可以应用于可穿戴设备和机器人。

这种材料可以通过外界刺激实现形状变化，使得可穿戴设备和机器人能够更加贴合用户的需求和动作。

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。

形状记忆聚合物环氧树脂形状记忆聚合物环氧树脂是一种特殊类型的高分子材料，其具有独特的"记忆"功能，可以记住其初始状态并在受到外界刺激时恢复至原状，其促进了材料在诸如微机电系统和智能材料等领域的广泛应用。

本文将详细介绍形状记忆聚合物环氧树脂的结构、性质、应用及研究进展。

形状记忆聚合物环氧树脂是由环氧树脂与形状记忆聚合物复合而成的，其化学结构形式为：[A - B - A]n，其中A是反相相邻的硬性段，B是软性段。

1、形状记忆性能：材料可以记住和恢复其原始形状。

2、高强度：形状记忆聚合物环氧树脂的硬性段赋予了其高强度。

3、高韧性：软性段赋予了其高韧性和弹性。

4、化学稳定性：形状记忆聚合物环氧树脂具有出色的耐化学品性能，适用于许多高性能应用中。

5、调谐性：材料的形状记忆特性可以通过调节化学构造或加工参数进行调节。

1、智能材料领域：用于模型设计，例如微型化机械结构。

2、医疗领域：用于制作自适应植入物或医疗器械，例如智能支架，用于心脏外科手术。

3、航空航天领域：用于制作降落伞或空气动力学设备。

4、服装设计领域：用于制作具有自动调整功能的服装。

例如，可以根据温度变化自动调整衣服的大小。

5、建筑领域：用于制作具有自适应形状的建筑材料，例如可自适应变形的建筑表皮。

随着形状记忆聚合物环氧树脂的应用范围的不断扩大，其相关研究也在不断深入：1、材料结构和复合材料的研究：材料的形状记忆特性可以通过改变硬性段和软性段之间的比例来调节。

2、新型模型设计的研究：新型模型设计可以提高实验能力和模拟形状记忆聚合物环氧树脂的性能，为应用提供更好的理论指导。

3、材料在复合材料中的应用研究：复合材料通常具有高强度和轻量化特性，形状记忆聚合物环氧树脂可以使其拥有更多应用。

在这方面，研究已经初见成效。

综上所述，形状记忆聚合物环氧树脂已成为高分子材料中备受瞩目的研究领域之一。

未来，随着其成熟度的提高和应用领域的扩大，这种材料将会有更广泛的应用。

高分子材料的形状记忆性能研究与应用1. 引言高分子材料是一类具有特殊性能和应用前景的材料，其中形状记忆性能是引人注目的特征之一。

形状记忆性是指材料通过外部触发，能够从一种初始形状迅速回复到具有预设形状的能力。

与传统的材料相比，高分子材料的形状记忆性能具有许多优势，如材料的轻量化、可重复使用性等。

因此，研究与应用高分子材料的形状记忆性能具有重要的科学和实际意义。

2. 形状记忆原理高分子材料的形状记忆性能是基于其特殊的分子结构和热力学性质实现的。

一般来说，高分子材料通过控制温度、电场、光照等外部刺激，使其分子结构发生变化，从而实现形状记忆性能。

其中，形状记忆效应的实现主要依赖于高分子材料中的交联度、分子链的切断和重连接以及聚合物链的运动等过程。

3. 形状记忆性能研究在高分子材料的形状记忆性能研究中，主要包括材料的形状记忆效应机制、形状记忆行为的表征与分析方法以及形状记忆性能的调控与优化等方面。

通过对不同类型高分子材料的形状记忆性能进行研究，可以深入了解其作用机制，并为材料的合成和应用提供理论指导和实验基础。

4. 形状记忆性能应用高分子材料的形状记忆性能在许多领域具有广泛的应用前景。

例如，在医学领域，可以利用高分子材料的形状记忆性能制备可移植的组织工程支架；在航空航天领域，可以利用形状记忆材料设计制造高效的飞机构件；在智能材料和机器人领域，可以利用形状记忆材料制造可编程、可自主移动的智能器件；在电子领域，可以利用形状记忆材料制造灵活的电子器件等。

这些应用将大大推动传统材料科学的发展，并在生活和工业生产中发挥重要作用。

5. 发展与挑战虽然形状记忆高分子材料具有许多优点和潜在应用，但是其研究与应用仍然面临一些挑战。

例如，在形状记忆材料的合成和制备过程中，需要考虑材料的可调控性和可持续性等问题；在形状记忆性能的调控和优化过程中，需要考虑材料的力学性能和稳定性等问题。

此外，形状记忆高分子材料的商业化应用还需要克服生产成本、制备工艺和市场需求等方面的限制。

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。

形状记忆型高分子原理和制备方法总结形状记忆型高分子材料是一种可以在外界刺激下发生可逆性形状变化的材料。

其原理是利用高分子材料的柔性链段可以在外界刺激下发生可逆性变形，从而实现形状记忆效应。

本文将对形状记忆型高分子材料的原理和制备方法进行详细总结。

形状记忆效应的原理主要基于高分子链段的弹性特性。

高分子材料的链段通常由刚性段和柔性段组成。

刚性段之间的连接点可以通过外界刺激由不稳定的高能态转变为稳定的低能态，从而导致高分子链段的形态变化。

形状记忆型高分子材料是在其中一种外界刺激下能够发生可逆性形状变化的高分子材料。

形状记忆效应的刺激方式可以分为热刺激和光刺激两种。

最常见的是热刺激方式，即通过加热来实现高分子链段的形变。

形状记忆材料通常会在两个不同的温度下存在两种稳定的形态，即低温形态和高温形态。

在低温下，高分子链段处于较为刚性的状态，如果给予一些外界力，高分子链段就会发生可逆性形变。

当将材料加热到高温时，高分子链段变得足够柔软，通过外界力的作用，高分子链段可以回复到最初的形状。

制备形状记忆型高分子材料的方法有很多种，以下列举了几种常见的方法。

1. 反应缩聚法（polymer-analogue method）：通过反应缩聚法可以制备出具有形状记忆效应的高分子材料。

具体方法是在反应缩聚体系中引入刚性链段和柔性链段，通过控制反应的条件和体系成分，可以得到具有形状记忆效应的高分子材料。

2. 共聚物法（copolymerization method）：共聚物法制备形状记忆型高分子材料是一种常见的方法。

通过共聚物法可以在高分子链段中引入刚性链段和柔性链段，从而实现形状记忆效应。

此外，还可以通过在共聚物结构中引入交联点来增强材料的形状记忆性能。

3. 在线法（online method）：在线法是一种将刚性链段和柔性链段分别引入高分子体系中的方法。

通过将刚性链段与柔性链段交融在一起，可以制备具有形状记忆效应的高分子材料。