智能高分子材料

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1、第九章第九章 智能高分子材料智能高分子材料Stimuli-responsive polymersStimuli-responsive polymers2 智能材料又称为机敏材料，是具备感知、自诊断、自适应、自修复等功能的材料。图1 智能材料的感知功能和执行功能3ConceptConceptPolymers undergo Polymers undergo reversiblereversible conformational changes in response to conformational changes in response to external external stimul

2、istimuli such as temperature, pH, light, electronic field, such as temperature, pH, light, electronic field, chemicals, and ionic strength, leading to dramatic changes in chemicals, and ionic strength, leading to dramatic changes in physicochemical properties (shape, surface characteristic, physicoc

3、hemical properties (shape, surface characteristic, solubility, formation of an intricate molecular selfassembly,solubility, formation of an intricate molecular selfassembly,or a sol-gel transition) of both materials and single molecules.or a sol-gel transition) of both materials and single molecules

4、.Diverse applications:Diverse applications:drug delivery, diagnostics, tissue engineering and drug delivery, diagnostics, tissue engineering and smart optical systems, as well as biosensors, smart optical systems, as well as biosensors, microelectromechanical systems, coatings and textilesmicroelect

5、romechanical systems, coatings and textiles4智能材料应具有的或部分具有的生物功能智能材料应具有的或部分具有的生物功能l有反馈系统l有信息积累和识别功能l有学习能力和预见性功能l有响应功能l有自修复功能l有自诊断功能l有自动态平衡和自适应功能5 具有上述结构形式的材料系统，就会可能体现具有上述结构形式的材料系统，就会可能体现或部分体现下列只能特性或部分体现下列只能特性l具有感知功能，可探测病识别外界（或内部）的刺激强度l具有信息传输功能，以设定优化方式选择和控制响应l具有对环境变换作出响应及执行的功能l反应灵敏恰当l外部刺激条件消除后能迅速回复到原始状

6、态。6多水平结构层次多水平结构层次较弱的分子间作用力较弱的分子间作用力侧链易引入官能团侧链易引入官能团便于分子设计和精细控制便于分子设计和精细控制质轻易涂覆质轻易涂覆优优 点点集感知、驱动和信息处理于一体，形成类似生物材料那样具有智能属性的高分子材料利于感知判断环境利于感知判断环境实现环境响应实现环境响应7l定义定义l体积相转变体积相转变l制备制备l刺激响应性与分类刺激响应性与分类l应用应用智能高分子材料智能高分子材料智能高分子材料智能高分子材料-智能高分子凝胶智能高分子凝胶8智能高分子凝胶智能高分子凝胶三维高分子网络与溶剂组成的体系含有亲溶剂性基团，可被溶剂溶胀最大的特点:体积相转变高分子凝

7、胶的三高分子凝胶的三维网状结构维网状结构高分子凝胶是指三维网络结构的高分子化合物与溶剂组成的体系，由于它是一种三维网络立体结构，因此它不被溶剂溶解，同时分散在溶剂中并能保持一定的形状。 它既是高分子的浓溶液又是高弹性的固体，小分子物质能在其中渗透或扩散。9智能高分子凝胶的刺激响应性与分类npHpH响应性凝胶响应性凝胶n生化生化响应性凝胶n盐盐敏凝胶l温度温度响应性凝胶l光光响应性凝胶l压力压力敏感性凝胶l电场电场响应性凝胶刺激响应性物理刺激化学刺激温度温度光光压力压力电场电场pHpH 生化生化盐盐 化学、相分离、形状、表面、渗透性、机械强度光、电刺激响应分类分类10n定义定义n反应过程反应过程

8、n种类种类n应用应用智能高分子材料智能高分子材料智能高分子材料智能高分子材料-记忆高分子材料记忆高分子材料11记忆高分子材料记忆高分子材料应力应力记忆高分子材料记忆高分子材料形状形状记忆高分子材料记忆高分子材料体积体积记忆高分子材料记忆高分子材料色泽色泽记忆高分子材料记忆高分子材料A. Lendlein and S. Kelch. Angew. Chem. Int. Ed. 2002, 41, 2034 - 2057121.形状记忆高分子（SMP）概述n形状记忆高分子材料（Shape Memory Polymer，SMP）是指具有初始形状的制品，在一定的条件下改变其初始形状并固定后,通过外界条

9、件（如热、光、电、化学感应）等的刺激，又可恢复其初始形状的高分子材料。12 1.1 定义：定义：1.3 SMP分类及记忆原理 SMP记忆过程即完成：1313记忆起始态记忆起始态固定变形态固定变形态恢复起始态恢复起始态引发形状记忆效应的外部环境因素：引发形状记忆效应的外部环境因素：引发形状记忆效应的外部环境因素：引发形状记忆效应的外部环境因素： 物理因素：热能，光能，电能和声能等。物理因素：热能，光能，电能和声能等。化学因素：酸碱度，螯合反应和相转变反应等。化学因素：酸碱度，螯合反应和相转变反应等。1.3.1 分类分类 故根据记忆响应机理，形状记忆高分子可故根据记忆响应机理，形状记忆高分子可以分

10、为以下几类以分为以下几类:14141）热致感应型）热致感应型SMP2）光致感应型）光致感应型SMP3）电致感应型）电致感应型SMP 4）化学感应型）化学感应型SMP1.3.2 高分子的形状记忆过程和原理1515记忆起始形状的固定相记忆起始形状的固定相交联结构交联结构部分结晶结构部分结晶结构玻璃态玻璃态超高分子链的缠绕等超高分子链的缠绕等随温度变化能可逆地固化和软化的可逆相随温度变化能可逆地固化和软化的可逆相产生结晶与结晶可逆变化的部分产生结晶与结晶可逆变化的部分结晶相结晶相发生玻璃态和橡胶态可逆转变的发生玻璃态和橡胶态可逆转变的相结构相结构1.形状记忆聚合物的相结构形状记忆聚合物的相结构161

11、62. 产生记忆效应的内在原因产生记忆效应的内在原因 需要从结构上进行分析。由于柔性高分子材需要从结构上进行分析。由于柔性高分子材料的长链结构，分子链的长度与直径相差十分悬料的长链结构，分子链的长度与直径相差十分悬殊，柔软而易于互相缠结，而且每个分子链的长殊，柔软而易于互相缠结，而且每个分子链的长短不一，要形成规整的完全晶体结构是很困难的。短不一，要形成规整的完全晶体结构是很困难的。1717 这些结构特点就决定了大多数高聚物的宏观结构均是这些结构特点就决定了大多数高聚物的宏观结构均是结晶结晶和和无定形无定形两种状态的共存体系。如两种状态的共存体系。如PE，PVC等。高聚物未经等。高聚物未经交联

12、时，一旦加热温度超过其结晶熔点，就表现为暂时的流动交联时，一旦加热温度超过其结晶熔点，就表现为暂时的流动性质，观察不出记忆特性；高聚物经交联后，原来的线性结构性质，观察不出记忆特性；高聚物经交联后，原来的线性结构变成三维网状结构，加热到其熔点以上是，不再熔化，而是在变成三维网状结构，加热到其熔点以上是，不再熔化，而是在很宽的温度范围内表现出弹性体的性质，如下图所示。很宽的温度范围内表现出弹性体的性质，如下图所示。3.形状记忆过程1818LTTg或TTmL+LTTg或TTg或TTmL变形固定恢复L：样品原长L：变形量2.热致感应型形状记忆高分子1919定定定定义义义义：在在在在室室室室温温温温以

13、以以以上上上上一一一一定定定定温温温温度度度度变变变变形形形形并并并并能能能能在在在在室室室室温温温温固固固固定定定定形形形形变变变变且且且且长长长长期期期期存存存存放放放放，当当当当再再再再升升升升温温温温至至至至某某某某一一一一特特特特定定定定响响响响应应应应温温温温度度度度时时时时，能能能能很很很很快恢复初始形状的聚合物。快恢复初始形状的聚合物。快恢复初始形状的聚合物。快恢复初始形状的聚合物。 这类这类SMP一般都是由防止树脂流动并记忆起始态一般都是由防止树脂流动并记忆起始态的固定相与随温度变化的能可逆地固化和软化的可逆的固定相与随温度变化的能可逆地固化和软化的可逆相组成。相组成。202

14、0固定相：固定相：聚合物交联结构或部分结晶结构，在工作聚合物交联结构或部分结晶结构，在工作聚合物交联结构或部分结晶结构，在工作聚合物交联结构或部分结晶结构，在工作温度范围内保持稳定，用以保持成型制品温度范围内保持稳定，用以保持成型制品温度范围内保持稳定，用以保持成型制品温度范围内保持稳定，用以保持成型制品形状即记忆起始态。形状即记忆起始态。形状即记忆起始态。形状即记忆起始态。可逆相：可逆相：能够随温度变化在结晶与结晶熔融态（能够随温度变化在结晶与结晶熔融态（能够随温度变化在结晶与结晶熔融态（能够随温度变化在结晶与结晶熔融态（T Tmm）或玻璃态与橡胶态间可逆转变（或玻璃态与橡胶态间可逆转变（或

15、玻璃态与橡胶态间可逆转变（或玻璃态与橡胶态间可逆转变（T Tg g），相应），相应），相应），相应结构发生软化、硬化可逆变化结构发生软化、硬化可逆变化结构发生软化、硬化可逆变化结构发生软化、硬化可逆变化保证成型制保证成型制保证成型制保证成型制品可以改变形状。品可以改变形状。品可以改变形状。品可以改变形状。2121热致感应热致感应SMP相结构相结构固定相固定相化学交联结构化学交联结构热固性热固性SMP可逆相（物理交联结构）可逆相（物理交联结构）结晶态结晶态玻璃态等玻璃态等物理交联结构物理交联结构热塑性热塑性SMP两相结构：两相结构：固定相可逆相固定相可逆相2.1热致SMP形状记忆过程22222.

16、1热致热致SMP形状记忆过程形状记忆过程( (1 1) )热热成成形形加加工工：将将将将粉粉粉粉末末末末状状状状或或或或颗颗颗颗粒粒粒粒状状状状树树树树脂脂脂脂加加加加热热热热融融融融化化化化使使使使固固固固定定定定相相相相和和和和软软软软化化化化相相相相都都都都处处处处于于于于软软软软化化化化状状状状态态态态，将将将将其其其其注注注注入入入入模模模模具具具具中中中中成成成成型型型型、冷冷冷冷却却却却，固固固固定定定定相相相相硬硬硬硬化化化化，可逆相结晶，得到希望的形状可逆相结晶，得到希望的形状可逆相结晶，得到希望的形状可逆相结晶，得到希望的形状A A，即起始态。（，即起始态。（，即起始态。（

17、，即起始态。（一次成型一次成型）以热塑性以热塑性SMP为例为例加热AB2323(2)变形变形：将材料加热至适当温度将材料加热至适当温度将材料加热至适当温度将材料加热至适当温度( (如玻璃化转变温度如玻璃化转变温度如玻璃化转变温度如玻璃化转变温度T Tg g) )，可逆相，可逆相，可逆相，可逆相分子链的微观布朗运动加剧，发生软化，而固定相仍处于固化状分子链的微观布朗运动加剧，发生软化，而固定相仍处于固化状分子链的微观布朗运动加剧，发生软化，而固定相仍处于固化状分子链的微观布朗运动加剧，发生软化，而固定相仍处于固化状态，其分子链被束缚，材料由玻璃态转为橡胶态，整体呈现出有态，其分子链被束缚，材料由

18、玻璃态转为橡胶态，整体呈现出有态，其分子链被束缚，材料由玻璃态转为橡胶态，整体呈现出有态，其分子链被束缚，材料由玻璃态转为橡胶态，整体呈现出有限的流动性。施加外力使可逆相的分子链被拉长，材料变形为限的流动性。施加外力使可逆相的分子链被拉长，材料变形为限的流动性。施加外力使可逆相的分子链被拉长，材料变形为限的流动性。施加外力使可逆相的分子链被拉长，材料变形为B B形状。形状。形状。形状。 加热BA2424( (3 3) )冻冻结结变变形形：在在在在外外外外力力力力保保保保持持持持下下下下冷冷冷冷却却却却，可可可可逆逆逆逆相相相相结结结结晶晶晶晶硬硬硬硬化化化化，卸卸卸卸除除除除外外外外力力力力后

19、后后后材材材材料料料料仍仍仍仍保保保保持持持持B B形形形形状状状状，得得得得到到到到稳稳稳稳定定定定的的的的新新新新形形形形状状状状即即即即变变变变形形形形态态态态。( (二二次次成成型型) )此此此此时时时时的的的的形形形形状状状状由由由由可可可可逆逆逆逆相相相相维维维维持持持持，其其其其分分分分子子子子链链链链沿沿沿沿外外外外力力力力方方方方向向向向取取取取向向向向、冻结，固定相处于高应力形变状态。冻结，固定相处于高应力形变状态。冻结，固定相处于高应力形变状态。冻结，固定相处于高应力形变状态。加热AB2525(4)形状恢复形状恢复：将变形态加热到形状回复温度如将变形态加热到形状回复温度如

20、将变形态加热到形状回复温度如将变形态加热到形状回复温度如T Tg g，可逆相软化，可逆相软化，可逆相软化，可逆相软化而固定相保持固化，可逆相分子链运动复活，在固定相的恢复而固定相保持固化，可逆相分子链运动复活，在固定相的恢复而固定相保持固化，可逆相分子链运动复活，在固定相的恢复而固定相保持固化，可逆相分子链运动复活，在固定相的恢复应力作用下解除取向，并逐步达到热力学平衡状态，即宏观上应力作用下解除取向，并逐步达到热力学平衡状态，即宏观上应力作用下解除取向，并逐步达到热力学平衡状态，即宏观上应力作用下解除取向，并逐步达到热力学平衡状态，即宏观上表现为恢复到变形前的状态表现为恢复到变形前的状态表现

21、为恢复到变形前的状态表现为恢复到变形前的状态A A。加热AB2.2 形状记忆效果 由形状记忆原理可知，可逆相对SMP的形变特性影响较大，固定相对形状恢复特性影响较大。其中可逆相分子链的柔韧性增大，SMP的形变量就相应提高，形变应力下降。 热固性SMP同热塑性SMP相比，形变恢复速度快，精度高，应力大，但它不能回收利用。26262.4 几种重要的热致SMP聚合物2727 聚降冰片烯（聚降冰片烯（polynorbornene）商品名商品名商品名商品名：NORSOREXNORSOREX( ( ( (诺索勒克斯诺索勒克斯诺索勒克斯诺索勒克斯) ) ) )平均分子量：平均分子量：平均分子量：平均分子量：

22、300300300300万以上，比普通塑料高万以上，比普通塑料高万以上，比普通塑料高万以上，比普通塑料高100100100100倍；倍；倍；倍；T Tg g：3535，接接接接近近近近人人人人体体体体温温温温度度度度。室室室室温温温温下下下下为为为为硬硬硬硬质质质质，固固固固化化化化后后后后环环环环境境境境温温温温度度度度超超超超过过过过40404040时时时时，可可可可在在在在很很很很短短短短时时时时间间间间恢恢恢恢复复复复原原原原来来来来的的的的形形形形状状状状，且且且且温温温温度度度度越越越越高高高高恢复越快，恢复越快，恢复越快，恢复越快，适于制作人用织物适于制作人用织物。属属属属于于于

23、于热热塑塑性性树树脂脂，可可可可通通通通过过过过压压压压延延延延、挤挤挤挤出出出出、注注注注射射射射、真真真真空空空空成成成成型型型型等等等等工艺加工成型；工艺加工成型；工艺加工成型；工艺加工成型；强度高，具有减震功能；强度高，具有减震功能；强度高，具有减震功能；强度高，具有减震功能；具有较好的耐湿气性和滑动性。具有较好的耐湿气性和滑动性。具有较好的耐湿气性和滑动性。具有较好的耐湿气性和滑动性。2828苯乙烯苯乙烯丁二烯共聚物丁二烯共聚物商品名：阿斯玛商品名：阿斯玛商品名：阿斯玛商品名：阿斯玛加加加加工工工工成成成成形形形形容容容容易易易易，形形形形状状状状恢恢恢恢复复复复速速速速度度度度快快

24、快快，常常常常温温温温时时时时形形形形状状状状的的的的自自自自然然然然回回回回复极小；复极小；复极小；复极小；有有有有良良良良好好好好的的的的耐耐耐耐酸酸酸酸碱碱碱碱性性性性和和和和着着着着色色色色性性性性，易易易易溶溶溶溶于于于于甲甲甲甲苯苯苯苯等等等等溶溶溶溶剂剂剂剂，便便便便于于于于涂布和流延加工，且粘度可调；涂布和流延加工，且粘度可调；涂布和流延加工，且粘度可调；涂布和流延加工，且粘度可调；形变量可高达形变量可高达形变量可高达形变量可高达400400，重复形变可达，重复形变可达，重复形变可达，重复形变可达200200次以上；次以上；次以上；次以上；缺点：恢复精度不够高缺点：恢复精度不够

25、高缺点：恢复精度不够高缺点：恢复精度不够高固定相：高熔点固定相：高熔点固定相：高熔点固定相：高熔点(120)(120)的聚苯乙烯的聚苯乙烯的聚苯乙烯的聚苯乙烯(PS)(PS)结晶部分结晶部分结晶部分结晶部分; ;可逆相：低熔点可逆相：低熔点可逆相：低熔点可逆相：低熔点(60)(60)的聚丁二烯的聚丁二烯的聚丁二烯的聚丁二烯(PB)(PB)结晶部分；结晶部分；结晶部分；结晶部分；2929反式反式-1,4-聚异戊二烯聚异戊二烯(TPI)固定相：固定相：固定相：固定相：硫磺后过氧化物交联后的网络结构硫磺后过氧化物交联后的网络结构硫磺后过氧化物交联后的网络结构硫磺后过氧化物交联后的网络结构可逆相：可逆

26、相：可逆相：可逆相：能进行熔化和结晶可逆变化的部分结晶相能进行熔化和结晶可逆变化的部分结晶相能进行熔化和结晶可逆变化的部分结晶相能进行熔化和结晶可逆变化的部分结晶相变形速度快变形速度快变形速度快变形速度快, ,恢复力大，形变恢复率高。恢复力大，形变恢复率高。恢复力大，形变恢复率高。恢复力大，形变恢复率高。但属于热固性但属于热固性但属于热固性但属于热固性SMPSMP，不能重复加工，而且耐热性和耐，不能重复加工，而且耐热性和耐，不能重复加工，而且耐热性和耐，不能重复加工，而且耐热性和耐候性较差。候性较差。候性较差。候性较差。3030形状记忆聚氨酯形状记忆聚氨酯由由由由聚四亚甲基二醇聚四亚甲基二醇聚

27、四亚甲基二醇聚四亚甲基二醇(PTMG)(PTMG)、4,4-4,4-二苯甲烷二异氰酸酯二苯甲烷二异氰酸酯二苯甲烷二异氰酸酯二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)(MDI)和链增长剂三种单体原料聚合而成的和链增长剂三种单体原料聚合而成的和链增长剂三种单体原料聚合而成的和链增长剂三种单体原料聚合而成的，它是含有部分结晶态它是含有部分结晶态它是含有部分结晶态它是含有部分结晶态的线型聚合物的线型聚合物的线型聚合物的线型聚合物。通过原料的配比调节通过原料的配比调节通过原料的配比调节通过原料的配比调节TgTg，可得到不同响应温度的形状记忆聚可得到不同响应温度的形状记忆聚可得到不同响应温度的形状记忆聚可得到不同响应温

28、度的形状记忆聚氨酯。现已制得氨酯。现已制得氨酯。现已制得氨酯。现已制得TgTg分别为分别为分别为分别为2525、3535、4545和和和和5555的形状的形状的形状的形状记忆聚氨酯。记忆聚氨酯。记忆聚氨酯。记忆聚氨酯。聚氨酯分子链为直链结构聚氨酯分子链为直链结构聚氨酯分子链为直链结构聚氨酯分子链为直链结构, ,具有热塑性具有热塑性具有热塑性具有热塑性, ,因此可通过注射、挤因此可通过注射、挤因此可通过注射、挤因此可通过注射、挤出和吹塑等加工方法加工出和吹塑等加工方法加工出和吹塑等加工方法加工出和吹塑等加工方法加工。具有具有具有具有极高的湿热稳定性和减震性能极高的湿热稳定性和减震性能极高的湿热稳

29、定性和减震性能极高的湿热稳定性和减震性能，质轻价廉、着色容易、质轻价廉、着色容易、质轻价廉、着色容易、质轻价廉、着色容易、形变量大形变量大形变量大形变量大( (最高可达最高可达最高可达最高可达400%)400%)、耐候重复形变效果好耐候重复形变效果好耐候重复形变效果好耐候重复形变效果好。 3.其他种类形状记忆高分子材料3.1电致形状记忆高分子材料 定义：它是热致型形状记忆高分子材料与具有导电性能物质（如导电炭黑、金属粉末及导电高分子等）的复合材料。 其记忆机理与热致感应型形状记忆高分子相同, 该复合材料通过电流产生的热量使体系温度升高, 致使形状回复, 所以既具有导电性能，又具有良好的形状记忆

30、功能。31313.2 光致感应型形状记忆高分子材料 定义：光致形状记忆高分子是指将某些特定的光致变 色基团（PCG）引入高分子主链和侧链中，当受到光照 射时（通常是紫外光），PCG就会发生光异构反应，使 分子链的状态发生显著变化，材料在宏观上表现为光 致形变，光照停止时，PCG发生可逆的光异构化反应， 分子链的状态回复。 3232 3.2.1 可逆性光异构化反应 可逆性光异构化反应的种类很多，但目前研究较多的是 偶氮苯基团、螺苯并吡喃及三苯甲烷五色衍生物（TLD） 等基团的反应。 3333（1 1）自由基生成反应自由基生成反应3434（2 2）顺反异构化反应（如偶氮苯）顺反异构化反应（如偶氮苯

31、）（3 3）偶极离子生成反应（如苯并螺吡喃）偶极离子生成反应（如苯并螺吡喃）3535（4 4）环化反应（如俘精酸酐）环化反应（如俘精酸酐）（5 5）氧化还原反应氧化还原反应3636（6 6）质子转移反应质子转移反应（7 7）离子对生成反应离子对生成反应 3.2.2分子链形态的变化 PCG在高分子材料中的存在方式有三种：以结构单元的形式存在于分子链的主链或支链中；作为交联剂以共价键联接大分子链；作为低分子添加剂同大分子链组成混合体系。 根据PCG的光异构化反应对分子链的作用形式，分子链的形态有右图所示的五种方式。3737光致感应型光致感应型SMPSMP的分子链形态变化的分子链形态变化 3.2.3

32、形状记忆效果 由光致感应型形状记忆高分子制成的薄膜，形变量低（2%以下），目前研究较少，未见应用报导。38383.3化学感应型形状记忆高分子材料 定义：化学感应型形状记忆高分子是指利用材料周围的介质性质的变化来激发材料变形和形状回复。 常见的化学感应方式有pH变化、平衡离子置换、螯合反应、相转变反应和氧化还原反应等，这类材料如部分皂化的聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和聚丙烯酸混合物薄膜等。 3939 1.pH值变化 例如用PVA交联的聚丙烯纤维浸泡于盐酸溶液中，氢离子间的相互排斥使分子链扩展，纤维伸长。当向该体系中加入等当量的NaOH时，则发生酸碱中和反应，分子链状态复原，纤维收缩，直至恢复原长。404

33、0 2.平衡离子置换 羟基阴离子的平衡离子发生置换时，可导致高分子材料的形状记忆效应。 聚丙烯酸纤维在恒定外力作用下，提高Ba2+的浓度，即Ba2+置换Na+时，纤维收缩；提高Na+的浓度，即Na+置换Ba2+时，纤维伸长。据此，可望实现纤维形状的可逆形变。4141 3.螯合反应 侧链上含有配位基的高分子同过渡金属的离子形成螯合物时，也可引起材料形状的可逆变化。 经过磷酸酰化处理的PVA薄膜在水溶液中浸润后加入Cu2+，则生成铜螯合物，薄膜收缩。当向此薄膜中引入Cu2+的强螯合剂如EDTA时，PVA的铜螯合物离解。并生成EDTA铜螯合物，薄膜可恢复原状。42424.相转变反应 蛋白质在各种盐类

34、物质的存在下，因高次结构被破坏而收缩，当高次结构再生时则可恢复原长。把蛋白质纤维如明胶浸入铜氨溶液中，晶态结构转变为非晶态结构，纤维可收缩20%；若把收缩的纤维浸入浓度较低的酸性溶液，晶态结构再生，纤维便恢复原长。同中和反应和螯合反应相比，相转变反应引起的形变及其恢复，不仅速度快，而且可逆程度高，可望用作等温下的形状记忆材料。43434.形状记忆高分子材料的应用 尽管形状记忆高分子的开发时间短，但由于其具有质轻价廉、形变量大、成型容易、赋形容易、形状恢复温度便于调整等优点，目前已在医疗、包装、建筑、玩具、汽车、报警器材等领域的应用，并可望在更广泛的领域开辟其潜在的用途。 （1）医疗器材 形状记

35、忆高分子因其质轻价廉、易于成型、形状恢复温度便于调整，特别是一些形状记忆高分子兼有的生物相容性和生物降解特性等优点，在医疗装备领域得到了广泛的应用。4445美国利弗莫尔国家实验室美国利弗莫尔国家实验室将聚氨酯，聚降冰片烯或将聚氨酯，聚降冰片烯或聚异戊二烯等注射成为螺聚异戊二烯等注射成为螺旋形，加热后拉直再冷却旋形，加热后拉直再冷却定型，即制得血栓治疗仪定型，即制得血栓治疗仪中的关键部件中的关键部件-微驱动器，微驱动器，装配到治疗系统上后，利装配到治疗系统上后，利用光电控制系统加热，使用光电控制系统加热，使其恢复到螺旋形可拉出血其恢复到螺旋形可拉出血栓，这种方法快捷、彻底，栓，这种方法快捷、彻底

36、，没有毒副作用，是治疗血没有毒副作用，是治疗血栓的有效途径之一。栓的有效途径之一。美美国国麻麻省省理理工工学学院院报报道道了了用用形形状状记记忆忆材材料料来来固固定定骨骨折折部部位位的的方方法法，将将二二次次成成型型后后的的聚聚乳乳酸酸制制件件放放入入带带有有裂裂纹纹的的骨骨髓髓腔腔内内，利利用用消消毒毒后后的的盐盐水水对对其其进进行行加加热热，使使骨骨髓髓腔腔内内的的形形状状记记忆忆材材料料恢恢复复到到最最初初的的形形状状，变变得得较较厚厚，从从而而和和骨骨髓髓腔腔的的内内表表面面紧紧密密接接触触而而不不会滑移，固定作用良好。会滑移，固定作用良好。 形状记忆高分子材料研究方向随着形状记忆高分

37、子材料研究技术的发展，研究方向主要集中于以下几个方面： (1)进一步改进高分子材料的性能，降低成本。 (2)在保持形状记忆功能的前提下，充分运用分子设计技术和材料的改性技术, 提高SMP的综合性能。4646 (3)将成本较高的形状记忆树脂与价廉的通用树脂共 混，开发兼有多种效用的新型形状记忆高分子材料, 或者将通用的工程树脂开发为形状记忆树脂, 使其 既具有工程技术性能又具有特异形状记忆功能的高 分子材料。 (4)把高温侧和低温侧的单向形状记忆性巧妙地组合起 来, 开发双向性形状记忆树脂以及多重可逆性形状 记忆复合高分子材料。4747形状记忆高分子最新研究进展举例 1.德国技术与大分子化学学院

38、和美国麻省理工学院的 科学家已研究开发成功一种形状记忆可生物降解聚 合物，此聚合物有广泛的医学用途。 2.日本三菱重工的一个子公司开发出一种由聚氨酯纤 维制成的织物，是一种具有形状记忆功能的面料， 用于制造在环境温度较高时能产生散热和水汽通道 的智能服装。此外，通过加温处理使汽车外壳、机 壳和建筑物某些部件能够自动除去凹痕的SMP制品， 也在开发之中。4848 3.电子垃圾已经成为当前环境治理中的一个难题，近 年来，出现了一种称为”智能材料自动拆卸”技术 （ADSM）。这种技术即是用SMP材料制造电子产品的 许多紧固件（如螺钉、螺纹套管、夹子等），它们 将可以通过加热的方式自行脱落，利用这种技术， 有望可以实现原件、材料的自动分级和拆卸过程的 自动化。4949