形状记忆高分子材料
形状记忆高分子
(2)电致SMP 是一种热致形状记忆功能分子材料与具有导 电性能物质（如导电炭黑，金属粉末及导电高 分子等）混合的复合材料。该复合材料通过产 生的电流使体系温度升高，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功 能。 (3)光致SMP 是将某些特定的光致变色基团（PCG）引入 高分子的主链和侧链中，当受到紫外光照射时，
2 形状记忆过程
L
T>Tg或T>Tm 变形
L+L’
T<Tg或T<Tm 固定
L+L’
T>Tg或T>Tm
L
恢复
L：样品原长
L’：变形量
3 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短不一，要形成 规整的完全晶体结构师很困难的。
二 高分子的形状记忆特性及基本原理 1 形状记忆聚合物的相结构
形状记忆聚合物都有两相结构
记忆起始形状的固定相 交联结构 部分结晶结构 玻璃态 超高分子链的缠绕等 产生结晶与结晶可逆变化的部分 随温度变化能可逆地固化和软化的可逆相 结晶相 发生玻璃态和橡胶态可逆转变的 相结构
SMP可以是组分单一的聚合物，也可以是 软化温度不同，但相容性良好的两种组分的共 聚物或混合物
一般制作容器衬里的操作比较困难。若选用形 状记忆高分子材料，则只需先将它加工成衬里 形状，然后加热变形为便于组装的形状，冷却 固化后塞入容器内，在加热便可以恢复成衬里 形状，牢固地嵌在容器内。 还有做包装材料，建筑用紧固销钉，医用 器材，纺织面料等等。
四 展望
形状记忆高分子的发展趋性 近年来SMP受到了人们的广泛的关注，并在形状记 忆聚合物的品种开发，应用等方面都取得了很大的进 展。但在开发应用上仍存在着不足： （1）同通用塑料相比，它的价格较高； （2）尚不能满足对形状回复温度的不同要求，且形状回 复精度低； （3）力学强度和化学耐久性，耐油性，耐热性，耐药品 性等性能不够理想； （4）只能在加热时从某种形状回复原始态，在冷却时且 不能恢复到加热前的状态，即其记忆功能是单向的， 没有双向记忆性和全方位记忆性能； （5形状记忆树脂的加工性不原树脂差）形状记忆树脂的 加工性不原树脂差
有形状记忆功能的高分子材料
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共33页
Hale Waihona Puke 71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
形状记忆高分子材料
61、辍学如磨刀之石，不见其损，日 有所亏 。 62、奇文共欣赞，疑义相与析。
63、暧暧远人村，依依墟里烟，狗吠 深巷中 ，鸡鸣 桑树颠 。 64、一生复能几，倏如流电惊。 65、少无适俗韵，性本爱丘山。
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形状记忆高分子材料
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。
形状记忆高分子材料
• 可逆相 能够随温度变化在结晶与结晶熔融态（Tm）
或玻璃态与橡胶态间可逆转变（Tg），相应结构 发生软化、硬化可逆变化—保证成型制品可以改 变形状。
热致感应型SMP
物理交联结构 固定相
热致感应型
化学交联结构
SMP的相结构 可逆相
结晶态
（物理交联结构） 玻璃态等
产生结晶与结晶可逆变化 的部分结晶相
发生玻璃态和橡胶态可逆 转变的相结构
高分子的形状记忆过程和原理
产生记忆效应的内在原因： 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。 这些结构特点就决定了大多数高聚物的宏观结构均是结 晶和无定形两种状态的共存体系。高聚物未经交联时， 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 结构变成三维网状结构，加 热到其熔点以上时，不再熔 化，而是在很宽的温度范围 内表现出弹性体的性质。
高分子的形状记忆过程和原理
在玻璃化温度Tg以下的 A段为玻璃态，在这个 状态，分子链的运动是 冻结的，表现不出记忆 效应，当升高到玻璃化 温度以上时，运动单元 得以解冻，开始运动， 受力时，链段很快伸展 开来，外力去除后，又 可恢复原状，即高弹形 变，由链段运动所产生 的高弹形变 是高分子材 料具有记忆效应的先决 条件。
பைடு நூலகம்
热固性SMP形状记忆示意图
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。
形状记忆型高分子原理和制备方法总结
1、形状记忆高分子定义形状记忆高分子（Shape Memory Polymer）SMP材料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。
2、记忆的过程SMP记忆过程主要描述如下的循环过程：2.1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。
化学因素：酸碱度，螯合反应和相转变反应等。
2.2 状记忆高分子分类故根据记忆响应机理，形状记忆高分子可以分为以下几类:1）热致感应型SMP2）光致感应型SMP3）电致感应型SMP4）化学感应型SMP3、高分子的形状记忆过程和原理3.1形状记忆聚合物的相结构3.2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短不一，要形成规整的完全晶体结构是很困难的。
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和无定形两种状态的共存体系。
如PE，PVC等。
高聚物未经交联时，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。
3.3 形状记忆过程4、热致感应型形状记忆高分子定义：在室温以上一定温度变形并能在室温固定形变且长期存放，当再升温至某一特定响应温度时，能很快恢复初始形状的聚合物。
这类SMP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相组成。
固定相：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，用以保持成型制品形状即记忆起始态。
可逆相：能够随温度变化在结晶与结晶熔融态（Tm）或玻璃态与橡胶态间可逆转变（Tg），相应结构发生软化、硬化可逆变化—保证成型制品可以改变形状。
形状记忆高分子材料
形状记忆高分子材料20世纪60年代初，英国科学家A.Charlesby在其所著的《原子辐射与聚合物》中，首次报道了经辐射交联后的聚乙烯具有记忆效应。
当时这种发现并没有引起人们的足够的重视。
随后美国国家航空航天局（NASA）考虑其在航空航天领域的潜在应用价值，对不同牌号的聚乙烯辐射交联后的记忆特性又进行了研究，证实了辐射交联聚乙烯的形状记忆性能。
70年代末到80年代初，美国Raychem，RDI(Radiation Dynamics Inc.)公司进一步将交联聚烯烃类形状记忆聚合物商品化，广泛应用于电线电缆，管道的接续与防护，至今F系列战斗机，Boeing飞机上的电线接续与线挽仍在广泛使用这类记忆材料。
此外，国内长春应化所，西北核技术研究所等单位80年代后期以来也有研究和生产。
因此，形状记忆材料以其独特的性能引起了人们极大的兴趣。
所谓形状记忆高分子材料，是指具有初始形状的高分子物体经形变并固定之后，经过加热等外部条件刺激手段的处理又可使其恢复初始形状的高分子材料。
外部条件除热能外，还可是光能、电能等物理因素及酸碱度、相转变反应和螯合反应等化学因素。
通过这些外加刺激，触发材料作出响应，从而改变材料的技术参数，诸如形状、位置、应变、硬度、频率、摩擦和动态或静态特征等。
由于形状记忆材料具有优异的性能，诸如形状记忆效应、高回复形变、良好的抗震性和适应性，以及易以线、颗粒或纤维的形式与其他材料结合形成复合材料等，使其发展越来越受到重视。
形状记忆高分子或形状记忆聚合物(SMP，ShapeMemoryPolymer)作为一种功能性高分子材料，是高分子材料研究、开发、应用的一个新分支，并且由于形状记忆高分子与纺织材料具有相容性，在纺织、服装以及医疗护理产品中具有潜在应用优势。
1 形状记忆高分子材料种类、结构和性能1.1 形状记忆高分子材料种类形状记忆高分子材料根据其形状回复原理可分为：热感应SMP，电致感应型SMP，光致感应型SMP，化学感应型SMP等，热致型SMP：在室温以上变形，并能在室温固定形变且可长期存放，当温度再升至某一特定响应温度时，制件能很快回复初始形状的聚合物。
形状记忆高分子材料的发展及应用概况
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。
形状记忆型高分子原理和制备方法总结
1、形状记忆高分子定义形状记忆高分子（Shape Memory Polymer）SMP材料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。
2、记忆的过程SMP记忆过程主要描述如下的循环过程：2.1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。
化学因素：酸碱度，螯合反应和相转变反应等。
2.2 状记忆高分子分类故根据记忆响应机理，形状记忆高分子可以分为以下几类:1）热致感应型SMP2）光致感应型SMP3）电致感应型SMP4）化学感应型SMP3、高分子的形状记忆过程和原理3.1形状记忆聚合物的相结构3.2产生记忆效应的在原因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。
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和无定形两种状态的共存体系。
如PE，PVC等。
高聚物未经交联时，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，而是在很宽的温度围表现出弹性体的性质，如下图所示。
3.3 形状记忆过程4、热致感应型形状记忆高分子定义：在室温以上一定温度变形并能在室温固定形变且长期存放，当再升温至某一特定响应温度时，能很快恢复初始形状的聚合物。
这类SMP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相组成。
固定相：聚合物交联结构或部分结晶结构，在工作温度围保持稳定，用以保持成型制品形状即记忆起始态。
可逆相：能够随温度变化在结晶与结晶熔融态（Tm）或玻璃态与橡胶态间可逆转变（Tg），相应结构发生软化、硬化可逆变化—保证成型制品可以改变形状。
4.1热致SMP形状记忆过程以热塑性SMP为例：(1)热成形加工：将粉末状或颗粒状树脂加热融化使固定相和软化相都处于软化状态，将其注入模具中成型、冷却，固定相硬化，可逆相结晶，得到希望的形状A，即起始态。
形状记忆高分子材料概述
308江西化工2019年第4期形状记忆高分子材料概述侯尊岩周俊（国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心，天津300304）摘要:简要介绍了形状记忆高分子材料的种类与研究进展，并对该领域的国内发明专利申请情况进行简要分析。
关键词:形状记忆高分子SMP专利1形状记忆高分子材料简介形状记忆高分子（Shape memory polymer,SMP）是指在外界刺激（如热、光、电、磁等）条件下能对其自身的状态参数（如形状、位置、应变等）进行调整,从而恢复到初始设定状态的一类高分子材料⑴。
根据作用机理的不同,SMP可分为热致型⑷、光致型⑶、电致型⑷、磁致型⑸和化学感应型⑷形状记忆高分子。
随着对形状记忆高分子材料研究的不断深入，目前已有多种形状记忆高分子材料具有形状记忆功能，如:聚降冰片烯、反式1,4-聚异戊二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、交联聚乙烯、聚氨酯等。
此外,含氟高聚物、聚内酯、聚酰胺等高聚物也具有形状记忆功能。
自从聚合物形状记忆材料产生以来,其独特的性能一直备受学者和工业界的重视，应用一直被不断挖掘。
Xie 等⑺发现了交联乙烯醋酸乙烯酯共聚物在微观光学领域的形状记忆应用，拓展了聚合物形状记忆材料在光学等高尖端领域的应用可能，利用形状记忆效应成功研制出了可逆的粘合技术，此专利被美国机械工程师学会评为2011年度创新奖;Undlein等⑷利用聚合物形状记忆材料成功研制出了自紧缩缝线,Takashima 等切基于Mckibben人造肌肉和形状记忆树脂制成了一种新型的人造肌肉，当温度低于树脂材料的玻璃化转变温度T g时,材料可以保持其原来的形状,将抗再收缩药物复合进入三元共聚物，通过聚合物的降解来达到药物释放的目的;在用于自修复材料的应用中,Wang 等研究了炭黑填充聚乙烯的自我修复能力，炭黑的加入提升了材料的强度，在划痕自我修复测试中，使得材料实现了完全修复。
SMP的密度小、可恢复变形量大、生产成本低、易加工成型、印刷性好、耐腐蚀等优点，使其广泛应用于功能纺织品、航天设备、生物医用设备、交互电子产品等领域。
高分子材料的形状记忆性能研究
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。
高分子材料的形状记忆性能研究与应用
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
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。
形状记忆型高分子原理和制备方法总结
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。
蔡璐-形状记忆高分子材料
形状记忆高分子材料蔡璐（中国科学技术大学高分子材料与工程系）形状记忆这个概念并非是近期出现，上个世纪六十年代，它已引起人们的极大兴趣。
所谓形状记忆，是指具有初始形状的物体经形变并固定之后，经过加热等外部条件刺激手段的处理又可使其恢复初始形状的现象。
外部条件除热能外，还可是光能、电能等物理因素及酸碱度、相转变反应和螯合反应等化学因素。
形状记忆发展之初，是合金材料为主导。
直至上个世纪80年代，形状记忆高分子材料才有所发展。
与形状记忆合金相比，形状记忆高分子材料不仅具有形变量大，赋性容易、形状恢复温度便于调整、保温及绝缘性能好等优点，而且，不锈蚀、易着色，可印刷，质轻价廉，因此应用十分广泛。
最早开发出的形状记忆高分子材料是polynorbornene [聚冰片烯]。
目前，日本已有四种形状记忆高分子材料拥有工业化的生产技术。
高分子的形状记忆过程可以简单表示为:l-----[变形ｔ>ｔｇ或ｔ>ｔｍｓ]---→l+ｌ′--[固定ｔ>ｔｇ或ｔ>ｔｍｓ]----→l+ｌ′--[回复ｔ>ｔｇ或ｔ>ｔｍｓ]---→l式中:ｌ———样品原长;ｌ′———形变量;ｔｇ———聚合物玻璃态温度;ｔｍｓ———聚合物软链段熔化温度。
通常认为,这类形状记忆聚合物可看作是两相结构。
固定相(或硬链段)：在形状记忆过程中保持固定形状,包括物理交联结构或化学交联结构。
可逆相(或软链段)：随温度变化,能可逆地固化和软化;一般为物理交联结构,通常在形状记忆过程中表现为软链段结晶态、玻璃态与熔化态的可逆转换。
高分子材料的形状记忆机理是当温度上升到软链段的熔点或高弹态时,软链段的微观布朗运动加剧,易产生形变,但硬链段仍处于玻璃态或结晶态,阻止分子链滑移,抵抗形变,施以外力使其定形;当温度降低到软链段玻璃态时,其形变被冻结固定下来,提高温度,可以回复至其原始形状。
形状记忆高分子材料可以划分为热塑性和热固性两种。
划分依据是构成软硬段的结构的不同，而两者的形变机理及各项性能并非有本质差别。
[课外阅读]科研人员制备出形状记忆高分子材料
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[课外阅读]科研人员制备出形状记忆高分子材料
1月18日，记者从中科院宁波材料所获悉，该所智能高分子科研团队在一项新研究中，将超分子作用引入形状记忆高分子材料，制备了基于超分子作用的形状记忆高分子材料。
相关研究成果已发表于《化学通讯》，并被选为当期的内封面文章。
形状记忆高分子材料是指具有保持临时变形形状的能力，当受到外界刺激后，可以恢复到初始形状，从而表现出对初始形状具有记忆功能的一类高分子材料,具有非常广阔的应用前景。
在这项研究中，科研人员首先合成了含有苯硼酸侧基的海藻酸钠，利用苯硼酸和聚乙烯醇羟基间的动态硼酸酯键，制备了具有自修复功能的水凝胶。
然后借助于海藻酸钠和Ca2+之间的配位络合作用，得到在宏观和微观层面都具有形状记忆功能的水凝胶。
这种水凝胶利用了双重超分子作用，成功实现了形状记忆和自修复两种功能的结合。
同时，该研究团队利用硼酸酯键保持材料的临时形状，制备了pH和糖响应的形状记忆高分子材料，此工作不但得到了生物分子响应的形状记忆高分子材料，还大大缩短了材料的形状恢复时间。
专家认为，这些研究成果是对形状记忆高分子材料的有效补充及创新，为开发生物医用形状记忆高分子材料提供了新的思路。
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4.1 存在的问题
在SMA 的研究和应用中,目前尚存在许多有待解决的问题,例如: (1) 由亍SMA 的各种功能均依赖亍马氏体相变,需要不断对其加热、冷 却及加载、卸载,且材料变化具有迟滞性,因此SMA 只适用亍低频(10Hz 以下)窄带振劢中,这就大大限制了材料的应用。 (2) SMA 自身存在损伤和裂纹等缺陷,如何兊服这些缺陷,改善材料性能 是当前迫切需要解决的问题。 (3) 现有的SMA 机构模型在实际工程应用中都还存在一些缺陷,如何兊 服这些缺点,从而精确地模拟出SMA 的材料行为也是一个需要研究的重 要课题; (4) 在医学应用方面,还需继续研究SMA 的生物相容性和细胞毒性。 (5) SMA 作为一种新型功能材料,其加工和制备工艺较难控制,目前还没 有形成一条SMA 自劢生产线,此外材料成本也相当昂贵。 (6) 为了提高应用水平,SMA 元器件还需要迚一步微型化,提高反应速度 和控制精度,在这方面仍有许多工作要做。
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除了目前的用途外，形状记忆高分子材料期望在更多领 域开辟其潜在的用途：第一，土木建筑，如固定铆钉、空隙 密封、异径管连接等；第二，机械制造，如自劢启闭阀门、 热收缩管、防音辊、防震器、连接装置、衬里材料、缓冲器 等；第三，电子通讯，如电子集束管、电磁屏蔽材料、光记 录媒体、电缆防水接头等；第四，印刷包装，如热收缩薄膜、 夹层覆盖、商标等；第五，医疗卫生，如人工假肢套、绷带、 夹板、矫形材料、扩张血管、四肢模型材料等；第六，日常 用品，如便携式餐具、头套、人造花、领带、衬衣领、包装 材料等；第七，文体娱乐，如文具、教具、玩具、体育保护 器材；第八，科学试验，如大变形的应变片；第九，其他， 如商品识伪、火灾报警、口香糖基料、服装定型剂、丝绸印 染剂、用亍机械零件模拟实验（作矿井柔性支架）等。相信 未来形状记忆高分子材料会更好地为我们服务。
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5 形状记忆高分子最新研究迚展举例
1.德国技术与大分子化学学院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。
对于这一种高科技材料我认为应该更加广泛的去开发、 去利用，21世纪是一个电子时代，计算机传感器在各个方面 的有很好的运用，但却有着庞大的身躯，并且复杂难掌握。形 状记忆材料兼有传感和驱动的双重功能，可以实现控制系统的 微型化和智能化，如全息机器人、毫米级超微型机械手等。 21世纪将成为材料电子学的时代。形状记忆合金的机器人的 动作除温度外不受任何环境条件的影响，可望在反应堆、加速 器、太空实验室等高技术领域大显身手。温控电路、温控阀门， 温控的管道连接。人们已经利用记忆合金制作了自动的消防龙 头--失火温度升高，记忆合金变形，使阀门开启，喷水救火。 制作了机械零件的利用记忆合金在特定温度下的形变功能，可 以制作多种温控器件，可以制作连接、管道的连接，飞机的空 中加油的接口处就是利用了记忆合金--两机油管套结后，利用 电加热改变温度，接口处记忆合金变形，使接口紧密滴水（油） 不漏。制作了宇宙空间站的面积几百平米的自展天线--先在地 面上制成大面积的抛物线形或平面天线，折叠成一团，用飞船 带到太空，温度转变，自展成原来的大面积和形状。 6
美国麻省理工学院报道 了用形状记忆材料来固 定骨折部位的方法，将 二次成型后的聚乳酸制 件放入带有裂纹的骨髓 腔内，利用消毒后的盐 水对其进行加热，使骨 髓腔内的形状记忆材料 恢复到最初的形状，变 得较厚，从而和骨髓腔 的内表面紧密接触而不 会滑移，固定作用良好。
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（2）热收缩套管 这是开发最早和应用最广泛的形状记忆高分子材料。 所谓热收缩管是指在加热时能发生径向收缩的管子。应用 的时候，将套管套在需要包覆或连接的物体上，用加热器 将膨胀的管加热到软化点以上（低于一次成型温度），膨 胀管便收缩到起始形状，紧紧包覆在被包物体上。 热收缩管用途广泛， 主要用于绝缘、密封、防 腐等方面，如高压电线、 电缆的连接、端部密封； 输气输油管道的防腐等。
(1) 自由回复 (2) 强制回复 (3) 动力装置 (4) 精密控制 (5) 超弹性应用 2.2 航天航空领域： 记忆合金在航空航天领域内的应用有很多成功的范例。人造卫星上庞大的天 线可以用记忆合金制作。发射人造卫星之前，将抛物面天线折叠起来装进卫星体内， 火箭升空把人造卫星送到预定轨道后，只需加温，折叠的卫星天线因具有“记忆” 功能而自然展开，恢复抛物面行状。有在军用飞机的液压系统中的低温配合连接件。 用于制造探索宇宙奥秘的月球天线。另外，在卫星中使用一种可打开容器的形状记 忆释放装置，该容器用于保护灵敏的锗探测器免受装配和发射期间的污染。 2.3 生物医疗方面： 用于医学领域的 TiNi 形状记忆合金，目前，在医学上 TiNi 合金主要应用有： (a)牙齿矫形丝 4 (b) 脊柱侧弯矫形 各种脊柱侧弯症疾病， 随着形状记忆的发展，医学应用将 会更加广泛。
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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。
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4.2 研究方向
(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。 (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。
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谢谢大家
3 最近十年应用最广泛的行业 1）医疗器材
美国利弗莫尔国家实验 室将聚氨酯，聚降冰片 烯或聚异戊二烯等注射 成为螺旋形，加热后拉 直再冷却定型，即制得 血栓治疗仪中电控制系统加热，使其 恢复到螺旋形可拉出血 栓，这种方法快捷、彻 底，没有毒副作用，是 治疗血栓的有效途径之 一。
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（3）包装材料 利用高分子材料的记忆功能制成的热收缩薄膜可 用于包装等方面。形状记忆高分子可以很容易地制成 筒状的包装薄膜，套到需要包装的产品外面后，经过 一个加热工序，形状记忆高分子便可牢固地收缩在产 品外面，可以很方便地实现连续自动化紧缩包装生产。
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（4）容器外包及衬里 一般制作容器衬里 操作比较困难。若选用 形状记忆高分子材料， 则只需先将它加工成衬 里形状，然后加热变形 为便于组装的形状，冷 却固化后塞入容器内， 再加热便可恢复成衬里 形状，牢固地嵌在容器 内。
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前景展望
在形状记忆合金的实用化迚程中,急需积累幵分析关 亍材料特性、功能可靠性、生物相容性和细胞毒性等方面的 基础数据资料。可以预言,随着对SMA 研究的迚一步深化,传 统的机电一体化系统完全有可能发展成为材料电子一体化系 统。 目前，我国智能高分子材料的研究与开发存在着不足， 与世界先迚水平相比尚有相当大的差距，影响了我国信息、 航天、航空、能源、建筑材料、航海、船舶、军事等诸多部 门的发展，有时甚至成为制约某些部门发展的关键因素。国 外智能高分子材料正处亍研究开发阶段，各发达国家都对其 相当重视。我们可以看到，世纪智能高分子材料会被更加广 泛的应用，从而引导材料学的发展方向
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（5）建筑用紧固销钉 先将形状记忆树脂加工成 使用形状，再加热变形为易于 装配的形状，冷却固化后插入 欲铆合的两块板的空洞中，再 将销钉加热便可恢复一次成型 形状而将板铆合。 （6）其他方面的应用 除上述应用外，形状记忆 高分子在其他方面也有广泛的 应用，如纺织面料、航空、汽 车、电子、报警等领域。
2.3日常生活方面： (a) 防烫伤阀 (b) 眼镜框架 (c) 移动电话天线和火灾检查阀门 2.4机械电子产品方面： 形状记忆合金作为低温配合连接在飞机的液压系统中及体 积较小的石油、石化、电工业产品中应用。另一种连接件的形 状是焊接的网状金属丝，用于制造导体的金属丝编织层的安全 接头。这种接件已经用于密封装置、电气连接装置、电子工程 机械装置，已开出的密封系统装置可在严酷的环境中用作电气 件连接。 将形状记忆合金制作成一个可打开和关闭快门的弹簧， 用于保护雾灯免于飞行碎片的击坏。用于制造精密仪器或精密 车床，在机械制造过程中，各种冲压和机械操作常需将零件从 一台机器转移到另一台机器上，现在利用形状记忆合金开发了 一种取代手动或液压夹具，这种装置叫驱动汽缸，它具有效率 高灵活，装夹力大等特点。 5
形状记忆高分子（SMP）
之最近十年研究迚展
制作人：金材1102班
目录
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形状记忆高分子概述 形状记忆效应的应用
3 最近十年应用最广泛行业 4 5 存在的问题及研究方向 形状记忆高分子最新研究进展举例
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1.1 形状记忆高分子概述
1.1定义： 形状记忆高分子（Shape Memory Polymer）SMP 材料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。
1.2. 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短不一， 要形成规整的完全晶体结构是很困难的。
2.形状记忆效应的应用
迄今为止,形状记忆合金在空间技术、医疗器械、机械器 具、 电子设备、能源开发、汽车工业及日常生活各方面都得 到了的 应用,总的来说,按使用特性的不同,可归纳为下面几类: