目的分析并總結(jié)近年來關(guān)于形狀記憶聚合物（SMP）的研究及其在高科技領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展,并提出今后的發(fā)展趨勢(shì)。方法在分析SMP形狀記憶機(jī)理的基礎(chǔ)上,較為系統(tǒng)地介紹SMP的制備方法和工藝,總結(jié)改性方法對(duì)SMP材料主要性能的影響,指出其在一些高科技領(lǐng)域的應(yīng)用潛能和形狀記憶生物基聚合物復(fù)合材料的發(fā)展前途。結(jié)論制備工藝是影響SMP的力學(xué)性能和記憶性能等的主要因素;采用適當(dāng)?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(jī)器人等高科技領(lǐng)域的應(yīng)用。 

【文章來源】：包裝工程. 2020,41(13)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

固定相和可逆相的分子結(jié)構(gòu)

通過研究，普遍認(rèn)為熱致動(dòng)型形狀記憶材料的作用機(jī)理與聚合物的熔融溫度或玻璃轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shí)形狀發(fā)生固定；當(dāng)再次升溫時(shí)，因溫度超過其玻璃轉(zhuǎn)化溫度，聚合物內(nèi)凍結(jié)的分子鏈能夠自由運(yùn)動(dòng)，使得體系的熵增加，最終導(dǎo)致聚合物的宏觀形狀從臨時(shí)形狀向永久形狀轉(zhuǎn)變。電致動(dòng)形狀記憶材料是由熱致動(dòng)SMP與具有導(dǎo)電的物質(zhì)（如導(dǎo)電的炭黑），經(jīng)過復(fù)合制備形成電敏感結(jié)構(gòu)。Lan等[13]分別研究了摻雜導(dǎo)電的纖維和納米粉末的SMP的電阻率和電導(dǎo)率的相關(guān)變化。發(fā)現(xiàn)微米級(jí)鎳粉在較弱的外電場(chǎng)下形成鏈條，可以顯著增強(qiáng)其在鏈條方向的電導(dǎo)率。電致動(dòng)記憶機(jī)理與熱致動(dòng)SMP極其相似，即導(dǎo)電物質(zhì)可通過電流的焦耳效應(yīng)來控制聚合物的溫度，最終實(shí)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(yīng)用于薄膜和熱收縮套管領(lǐng)域，見圖3a，如先加熱微交聯(lián)的聚乙烯材料（PE）對(duì)套管進(jìn)行管徑尺寸的擴(kuò)張，再利用其記憶性能對(duì)管徑形狀進(jìn)行恢復(fù)，從而對(duì)動(dòng)力和通訊電纜的接頭起到較好的保護(hù)[34]。在此基礎(chǔ)上，Wang等[35]將微型電路通過印刷的方式構(gòu)建在碳納米管/PS薄膜表面，利用電路中的焦耳效應(yīng)來實(shí)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(jī)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(dòng)座椅、人工皮膚等領(lǐng)域都有了廣泛的應(yīng)用。目前，SMP在外科縫合、骨修復(fù)（圖3b）等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也有著較大的應(yīng)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(lǐng)域的熱門材料，如使用聚氨酯材料制備的耳蝸裝置可實(shí)現(xiàn)100%的恢復(fù)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(jié)技術(shù)，如果打結(jié)力比較大，會(huì)造成周圍組織壞死；若用較小的力量則會(huì)留下傷疤，因此，傳統(tǒng)的縫合方式可能會(huì)導(dǎo)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(fù)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?cè)谄渌沙跔顟B(tài)對(duì)傷口進(jìn)行單絲縫合，利用溫度的變化誘導(dǎo)恢復(fù)力，從而實(shí)現(xiàn)傷口縫隙的自然閉合[38]。Morrison等[39]的研究是針對(duì)1歲以下嬰兒患者的SMP器官支架，這種支架結(jié)構(gòu)可以隨著患者年齡長(zhǎng)大而擴(kuò)展，以適應(yīng)氣道的變化，直至嬰兒成熟的氣道能夠獨(dú)立工作。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]形狀記憶高分子材料的發(fā)展及應(yīng)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)
[2]聚丁二酸丁二醇酯的改性研究進(jìn)展[J]. 李澤天,張欣華,韓釋劍,王靜,高傳慧.  石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào). 2016(06)
[3]形狀記憶材料研究綜述[J]. 李敏,黎厚斌.  包裝學(xué)報(bào). 2014(04)



本文編號(hào)：3043804