目的分析并總結近年來關于形狀記憶聚合物（SMP）的研究及其在高科技領域的應用進展,并提出今后的發(fā)展趨勢。方法在分析SMP形狀記憶機理的基礎上,較為系統(tǒng)地介紹SMP的制備方法和工藝,總結改性方法對SMP材料主要性能的影響,指出其在一些高科技領域的應用潛能和形狀記憶生物基聚合物復合材料的發(fā)展前途。結論制備工藝是影響SMP的力學性能和記憶性能等的主要因素;采用適當?shù)母男苑椒ǹ梢杂行Ц纳芐MP材料的延伸性和多功能性,能夠拓寬其在智能包裝、航空航天、醫(yī)療器械和機器人等高科技領域的應用。 

【文章來源】：包裝工程. 2020,41(13)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

固定相和可逆相的分子結構

通過研究，普遍認為熱致動型形狀記憶材料的作用機理與聚合物的熔融溫度或玻璃轉化溫度有著密切聯(lián)系，見圖2[12]。外力保持恒定，將溫度降至聚合物的玻璃轉化溫度以下，聚合物在此刻因處于玻璃態(tài)而使其宏觀的臨時形狀發(fā)生固定；當再次升溫時，因溫度超過其玻璃轉化溫度，聚合物內(nèi)凍結的分子鏈能夠自由運動，使得體系的熵增加，最終導致聚合物的宏觀形狀從臨時形狀向永久形狀轉變。電致動形狀記憶材料是由熱致動SMP與具有導電的物質(zhì)（如導電的炭黑），經(jīng)過復合制備形成電敏感結構。Lan等[13]分別研究了摻雜導電的纖維和納米粉末的SMP的電阻率和電導率的相關變化。發(fā)現(xiàn)微米級鎳粉在較弱的外電場下形成鏈條，可以顯著增強其在鏈條方向的電導率。電致動記憶機理與熱致動SMP極其相似，即導電物質(zhì)可通過電流的焦耳效應來控制聚合物的溫度，最終實現(xiàn)聚合物材料的形狀記憶功能[14]。

自SMP開發(fā)以來，其最初被應用于薄膜和熱收縮套管領域，見圖3a，如先加熱微交聯(lián)的聚乙烯材料（PE）對套管進行管徑尺寸的擴張，再利用其記憶性能對管徑形狀進行恢復，從而對動力和通訊電纜的接頭起到較好的保護[34]。在此基礎上，Wang等[35]將微型電路通過印刷的方式構建在碳納米管/PS薄膜表面，利用電路中的焦耳效應來實現(xiàn)該材料的形狀記憶行為，該方法也為后來柔性傳感器、機器人的開發(fā)提供了參考。隨著商業(yè)化的發(fā)展和人們需求多樣化的增加，SMP在自動座椅、人工皮膚等領域都有了廣泛的應用。目前，SMP在外科縫合、骨修復（圖3b）等醫(yī)學領域也有著較大的應用需求。尤其聚氨酯類SMP，因其具有優(yōu)異的抗血栓能力和生物相容性，現(xiàn)已成為人造血管和隱形眼鏡等領域的熱門材料，如使用聚氨酯材料制備的耳蝸裝置可實現(xiàn)100%的恢復和83%的形狀壓縮[36]。傳統(tǒng)的外科縫合需要醫(yī)生具備熟練的打結技術，如果打結力比較大，會造成周圍組織壞死；若用較小的力量則會留下傷疤，因此，傳統(tǒng)的縫合方式可能會導致傷口感染。最近的研究表明，基于可生物降解的SMP的外科縫合線可以提供穩(wěn)定、均勻的恢復力[37]。除此之外，2002年Lendlein等利用聚氨酯的記憶性能制備出一種生物基外科縫合線。他們在其松弛狀態(tài)對傷口進行單絲縫合，利用溫度的變化誘導恢復力，從而實現(xiàn)傷口縫隙的自然閉合[38]。Morrison等[39]的研究是針對1歲以下嬰兒患者的SMP器官支架，這種支架結構可以隨著患者年齡長大而擴展，以適應氣道的變化，直至嬰兒成熟的氣道能夠獨立工作。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]形狀記憶高分子材料的發(fā)展及應用概況[J]. 溫紅梅,修雪穎,和晗,吳婧華,鹿麗,管寒靖,夏琳.  特種橡膠制品. 2018(05)
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[3]形狀記憶材料研究綜述[J]. 李敏,黎厚斌.  包裝學報. 2014(04)



本文編號：3043804