形状记忆材料
材料的形状记忆效应研究与应用
材料的形状记忆效应研究与应用材料的形状记忆效应是指某些特殊材料在受到外界力引起形变后，通过加热或者去除外界力，并保持在一定温度范围内，就能恢复到其原本的形状。
这种形状记忆的材料具有广泛的应用潜力，在工程技术和生物医学等领域都有重要的研究价值和应用前景。
一、形状记忆合金材料形状记忆合金是一种具有形状记忆效应的智能材料，其最典型的代表是镍钛合金（Ni-Ti合金），又被称为“记忆合金”。
形状记忆合金材料可以根据温度、应力或磁场等外界条件发生普氏体与马氏体相变，从而实现形状记忆效应。
这种材料在航空航天、汽车工业、电子设备等多个领域有广泛的应用，如飞机机翼的变形控制、自动调节阀门的控制等。
二、形状记忆聚合物材料形状记忆聚合物是指通过交联聚合改性的聚合物材料，具有形状记忆效应。
相比于形状记忆合金，形状记忆聚合物具有更高的拉伸性和可塑性，更适用于柔性器件和生物医学领域的应用。
形状记忆聚合物可以根据温度、湿度、pH值等外界刺激发生形变和恢复，可以用于制造智能温度传感器、人工肌肉、缓释药物输送系统等。
三、形状记忆液晶材料形状记忆液晶材料是指基于液晶原理、具有形状记忆效应的材料。
这种材料可以根据温度、光照等外界条件实现晶相的改变，从而实现形状的变化与恢复。
形状记忆液晶材料在显示技术、光学器件等领域有重要的应用，如切换窗帘、光学透镜等。
四、形状记忆仿生材料形状记忆仿生材料是指通过仿生学原理，设计和制造具有形状记忆效应的材料。
这种材料可以模拟生物体内的运动和形变过程，实现形状记忆效应。
形状记忆仿生材料在仿真机器人、医疗器械等领域有广泛的应用，如可变形手术器械、自适应机械臂等。
五、形状记忆材料的应用前景形状记忆材料具有广阔的应用前景，可以在机械、电子、医疗等多个领域发挥重要作用。
形状记忆合金可以用于智能结构、微机械系统等领域；形状记忆聚合物可以用于柔性传感器、人工肌肉等领域；形状记忆液晶材料可以用于光学、显示等领域；形状记忆仿生材料可以用于仿真机器人、生物医学等领域。
形状记忆材料
形状记忆材料形状记忆材料（Shape Memory Materials，SMMs）是一类具有形状记忆效应的智能材料，其在外界作用下可以实现形状的可逆变化。
形状记忆材料广泛应用于医疗器械、航空航天、汽车、电子、纺织等领域，具有巨大的应用前景。
形状记忆材料的工作原理是基于其特殊的微观结构和相变特性。
在低温状态下，形状记忆材料处于一种固定的形状，一旦受到外界温度、应力或磁场等作用，就会发生相变，从而恢复到其原始形状。
这种形状记忆效应使得形状记忆材料具有自修复、自组装、自适应等智能特性。
形状记忆材料的应用领域非常广泛。
在医疗器械领域，形状记忆材料可以用于制作支架、缝合线、植入物等，具有良好的生物相容性和可调节的形状，可以更好地适应人体器官的形状和运动。
在航空航天领域，形状记忆材料可以用于制作飞机零部件、卫星结构等，具有轻质、高强度、耐高温等优点，可以大大减轻航空器的重量，提高飞行性能。
在汽车领域，形状记忆材料可以用于制作车身零部件、发动机零部件等，具有抗冲击、耐磨损、自修复等特性，可以提高汽车的安全性和可靠性。
在电子和纺织领域，形状记忆材料可以用于制作智能传感器、智能纺织品等，具有快速响应、多功能性、耐用性等特点，可以实现智能化、可穿戴化。
形状记忆材料的研究和应用仍面临一些挑战。
首先，形状记忆材料的制备工艺和性能优化仍需进一步提升，以满足不同领域的需求。
其次，形状记忆材料的成本较高，需要降低生产成本，提高市场竞争力。
最后，形状记忆材料的环境适应性和可持续性也需要加强，以减少对环境的影响。
总的来说，形状记忆材料作为一种新型智能材料，具有巨大的应用潜力和发展前景。
随着科技的不断进步和创新，形状记忆材料必将在各个领域发挥重要作用，为人类社会的进步和发展做出更大的贡献。
形状记忆的特性及应用
形状记忆的特性及应用形状记忆是指某些材料在经历变形后，或者是受到外界刺激后，可以恢复原状的能力。
它具有以下几个特性。
首先，形状记忆材料具有记忆性。
当形状记忆材料在原始状态下被加热到一定温度时，其分子结构发生改变，形成新的形状。
当材料被冷却至较低温度后，其分子又会回到原来的形状。
这种形状的转变与恢复是可以重复进行的，也就是说这种材料具有记忆形状的特性。
其次，形状记忆材料具有应变记忆性。
这是指当形状记忆材料经历一定的应变后，一旦受到外界刺激，就会重新恢复到原始形状。
这种应变记忆性允许材料适应各种形状的变化，并能回到原始形状，具有较好的弹性和可塑性。
此外，形状记忆材料还具有温度记忆效应。
这是指当温度发生变化时，形状记忆材料会改变形状。
当温度超过设定的相变温度时，材料会发生相应的形状改变。
这种温度记忆效应可以通过调控材料的相变温度来实现不同温度下的形状变化。
形状记忆材料的特性使其在各个领域有着广泛的应用。
首先，在医学领域，形状记忆材料被广泛应用于体内植入物的制造。
例如，形状记忆合金可以用于制造心脏支架，当支架放置到体内后，通过体温变化即可恢复到原始形状，提供最佳的支持和治疗效果。
其次，在航空航天领域，形状记忆材料也有着重要的应用。
例如，形状记忆聚合物可以用于制造飞机的舷窗密封条，即使在极端温度条件下也能保持良好的密封性能。
形状记忆合金也可以用于制造航天器的天线结构，通过改变形状来实现天线的展开和折叠。
此外，在车辆工程领域，形状记忆材料可以用于制造汽车的形状记忆合金弹簧。
这种弹簧可以根据道路情况和负载自动调整其刚度，并且可以在不同温度下保持较稳定的性能。
另外，形状记忆材料还有着广泛的应用于纺织品、电子设备和智能结构等领域。
在纺织品方面，它可以用于制造智能纺织品，通过温度变化实现衣物的自动修复和形状调整。
在电子设备方面，形状记忆材料可以用于制造柔性电池和柔性电路板，提供更加可靠和稳定的电子设备性能。
在智能结构方面，形状记忆材料可以用于制造智能建筑材料和智能桥梁等，提供更加安全和可持续的建筑和桥梁结构。
形状记忆材料
形状记忆效应的机理
大部分合金和陶瓷等记忆材料的形状记忆效应 是通过马氏体相变而完成的。也就是热弹性马氏 体相变产生的低温相在加热时向高温相进行可逆 转变的结果。
这种可逆转换是具有一定条件的： 1.马氏体相变是热弹性的。 2.母体与马氏体相呈现有序点阵结构。 3.马氏体内部是孪晶变形的。 4.相变时在晶体学上具有完全可逆性。
形状记忆聚合物
形状记忆聚合物（Shape Memory Polymers，简称 SMP）又称为形状记忆高分子，是指具有初始形状并 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。 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，声能等。 化学因素：酸碱度，螯合反应和相转变反应等。
形状记忆效应，如左图： OA段：弹性变形线性段 AB段：非线性段 B点处卸载，C点处的残余应变为 OC段，将此材料在一定温度下加热， 经CO段变形，残余应变为零，材料 恢复原来的形状。
三种形状记忆效应
形状记忆效应按照形状恢复情况可以分为三种：
1.单程形状记忆效应 2.双程形状记忆效应 3.全程形状记忆效应
形状记忆陶瓷
在陶瓷中现已发现两种机制的形状记忆效应： 1）和形状记忆合金类似的马氏体相变及逆相变有关 的形状记忆。其中，马氏体相变可以是热诱发的，应 力诱发的，也可以是外电场（磁场）诱发的。 2）粘弹性机制导致的形状恢复。
形状记忆陶瓷 形状记忆陶瓷
按照机理
按照形状记忆机理
马氏体形状 记忆陶瓷
形状记忆合金
形状记忆合金（SMA）特性
集传感，驱动，控制，换能于一身 机械性质优良，能恢复的形变可高达10%，而一般金属材料只 有0.1%以下 有确定的转变温度 在加热时能产生的回复应力非常大，可以达到500Mpa 对环境适应能力强，不受温度以外的其他因素的影响 无振动噪声，无污染 抗疲劳，回忆变形500万次不会产生疲劳变形
形状记忆材料及其应用
智能控制型机器人试制品，形状记忆合金可应用于其中。
靠形状记忆合金动作的微型机器人结构图
电子仪器仪表
❖ 用形状记忆合金制造的温度保险器不同于熔断保险 丝，可产生很强的力拉断接点，消弧效应明显，适 合于作大功率、高电压用保险器。
形状记忆合金温度保险器
✓ 温度升高到Af温度以上时，完全恢复到原来的形状，天 线向宇宙空间撑开。
❖ 美国宇航局根据达一想法研制了安放在月球表面上 的抛物面天线组件。
❖ 形状记忆合金管接头具有高度的可靠性，不需熔焊 的高温高热，不会损害周围材料，在低温下易拆卸， 便于检修检查。
❖ 这种管接头在F-14战斗机上使用了10万个以上，从 未出现过漏油等事故。
形状记忆效应 （按形状恢复形式）
单程记忆
双程记忆
全程记忆
单程记忆
❖ 低温下塑性变形 ❖ 加热时恢复高温时形状 ❖ 再冷却时不恢复低温形状
双程记忆
冷却时恢复 低温形状
加热时恢复 高温形状
全程记忆
加热时恢复 高温形状
冷却时恢复 低温形状
更低温度 与高温形状 完全相反
能源 开发
交通 运输
电子仪器 仪表
应用 领域
医疗 器件
航空 航天
机械 工业
航空航天
NiTI形状记忆合金折叠发射自动张开的宇航天线原理图
❖ 宇航天线可由NiTi合金丝制成。
✓ 将TiNi合金天线冷至低温，使其转变为马氏体； ✓ 将TiNi合金板或棒变形加工成竹笋状或旋涡状发条，收
缩后安装在卫星内；
✓ 卫星进入轨道后，团状天线弹出，在太阳照射下，温度 升高到As以上，团状天线自动张开，恢复到原来形状；
❖ 可以用形状记忆合金制造人工心脏用人造肌肉，用 以充当人造心脏的驱动源。
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。
形状记忆材料
形状记忆材料形状记忆材料是一种具有形状记忆效应的智能材料，它可以在外界刺激作用下发生可逆性相变，并恢复到原始形状。
这种材料在医疗、航空航天、汽车、电子、纺织等领域都有着广泛的应用前景。
首先，形状记忆材料在医疗领域有着重要的应用。
比如在心脏手术中，可以利用形状记忆材料制成的支架，通过体内导丝的方式将支架送达到病变血管处，然后支架会在体温的作用下恢复到原始形状，起到支撑和固定血管的作用。
此外，形状记忆材料还可以用于制作人工关节和矫形器等医疗器械，为患者提供更好的治疗和康复条件。
其次，形状记忆材料在航空航天领域也有着重要的应用。
航天器在进入大气层再次返回地面的过程中，需要经受高温和高压的影响，这就需要航天器表面的材料能够承受这些极端环境的影响。
形状记忆材料可以在外界温度和压力的作用下发生形状变化，因此可以用于制作航天器的外层材料，提高航天器的耐高温和耐高压能力。
另外，形状记忆材料还可以应用于汽车制造领域。
比如利用形状记忆合金制成的车身零部件，可以在碰撞时发生形状变化，吸收碰撞能量，提高汽车的安全性能。
此外，形状记忆材料还可以用于汽车发动机的阀门和传感器等部件，提高汽车的性能和稳定性。
此外，形状记忆材料还可以应用于电子和纺织领域。
在电子领域，形状记忆材料可以制成电子元件的外壳，提高电子元件的耐高温和耐腐蚀能力。
在纺织领域，形状记忆材料可以制成具有自修复功能的纺织品，延长纺织品的使用寿命。
总的来说，形状记忆材料作为一种智能材料，具有广泛的应用前景。
它在医疗、航空航天、汽车、电子、纺织等领域都有着重要的应用，为各行各业的发展和进步提供了有力的支持。
随着科学技术的不断进步，相信形状记忆材料会在未来发展出更多更广泛的应用。
智能材料的形状记忆研究
智能材料的形状记忆研究智能材料是指那些具有一定程度的仿生智能、可进行自我感知和响应的新材料。
智能材料的研究和应用领域十分广泛，其中形状记忆材料是其中一个研究重点。
形状记忆材料，顾名思义，是一种可以记忆自身形状并根据外界刺激进行形状恢复的材料。
下面就介绍一下智能材料的形状记忆研究。
一、形状记忆材料的概述形状记忆材料是一种可以“记忆”自身形状并根据外界刺激进行形状反转的材料，其独特性能引起了人们的广泛关注。
形状记忆材料在广泛的应用领域中表现出了很高的价值，比如航空、航天、军事、汽车、机器人、医疗、建筑、电子等领域。
形状记忆材料的应用前景非常广阔，被誉为21世纪最具潜力的高科技产品之一。
目前，世界上的形状记忆材料主要分为两类：一类是合金类材料，另一类是聚合物类材料。
二、形状记忆材料的工作原理形状记忆材料的工作原理非常神奇。
当形状记忆材料处于一定温度下时，其原始形态是被固定的，我们称之为A相。
当形状记忆材料受到外界的温度刺激或力的刺激时，其原始形态会发生改变，并进入到另一个固定的形态，我们称之为B相。
例如，一根形状记忆钢丝一开始是直的，我们称之为A相。
当将该钢丝加热到一定温度时，它会自动弯曲成一个形状，我们称之为B相。
当形状记忆钢丝受到力的刺激或冷却到一定温度时，它又会自动恢复为A相。
三、形状记忆材料的分类形状记忆材料按照其材料性质可以分为两类：金属合金类和高分子类。
在金属合金类中，主要有铜锌铝形状记忆合金、镍钛形状记忆合金等；而在高分子类中，主要有聚合物形状记忆材料。
四、形状记忆材料的优点和局限性1. 优点形状记忆材料具有很多独特的性质和优点，比如：记忆功能强、形状可控、反应速度快、重复使用次数多、无需额外能源等。
2. 局限性形状记忆材料虽然有很多独特的优点，但是也存在很多局限性，如高价格、强度、耐腐蚀性、温度对功能的影响等。
五、形状记忆材料的应用形状记忆材料的应用十分广泛，现已被应用于诸多领域。
以下是形状记忆材料在一些领域的具体应用：1. 航天领域航天领域对形状记忆材料的需求量非常大。
智能材料有哪些及应用
智能材料有哪些及应用智能材料是一类具有自响应、自感知和自调节能力的材料。
它们能够根据外界环境的变化，改变自身的性质和形态，实现某种特定的功能。
智能材料的应用非常广泛，涵盖了多个领域。
一、形状记忆材料（Shape Memory Materials）：形状记忆材料是一种能够在外部刺激作用下改变自身形状，并且能够恢复到初始形状的材料。
该类材料主要包括两种类型：一种是单向形状记忆材料，它只能在一个特定的温度范围内发生形状改变；另一种是双向（多向）形状记忆材料，它可以在不同的温度范围内发生形状改变。
形状记忆材料的应用包括潜艇舵翼、医疗器械、飞机机翼表面和建筑结构等。
二、智能涂料（Smart Coatings）：智能涂料指的是具有自我修复、防污、防腐蚀和环保等功能的涂料。
智能涂料能够根据外界环境的变化，改变其表面特性以达到一种特定的功能。
智能涂料的应用广泛，例如自我修复涂料可以应用在汽车漆面修复、船体表面防腐等领域。
三、压电材料（Piezoelectric Materials）：压电材料是一种具有压电效应的材料，即当外力作用于该材料时，会在其内部产生电荷，从而产生电势差。
压电材料广泛应用于声、光、电、热转换和传感器等领域。
例如应用在医学领域的超声波传感器、压电陶瓷维修剂等。
四、磁致伸缩材料（Magnetostrictive Materials）：磁致伸缩材料是在外磁场作用下，能够发生形变的材料。
通过改变外磁场的强度和方向，可以控制材料的形变。
磁致伸缩材料的应用领域包括电磁换能器、声学器件、传感器、振动控制和精密仪器等。
五、光敏材料（Photosensitive Materials）：光敏材料是指能够对光信号进行感应和响应的材料。
光敏材料的特点是在光照射下，其电、磁、光、热等性质会发生变化。
光敏材料广泛应用于成像、激光技术、显示器件、光敏电导等领域。
六、电致变色材料（Electrochromic Materials）：电致变色材料是一种可以通过外加电压改变其颜色的材料。
形状记忆材料全解
的钉子,把它安在汽车外胎上，当气温降低、公路结冰时， 钉子会“自动”从外胎里伸出来，防止车轮打滑。
记忆照明灯：法国巴黎用形状记忆合金制造的城市照明灯， 有两瓣随着灯的亮灭而逐渐张开或合上的金属叶片。白天， 路灯熄灭，叶片合上；傍晚，路灯亮起灯泡发热，叶片受 热而逐渐张开，使灯泡显露出来。
单程（a）和双程（b）形状记忆效应
全程记忆效应
四条互成 45°夹角的薄条带，在100℃开水中呈现结扎点在上的圆球形a， 从开水中缓慢提起来时的形状b ，在室温时变成近似直线c，浸泡在冰水 中，反方向弯曲d，在干冰-酒精液中冷却到-40℃时，形状变成结扎点在 圆球内部下方的与a相似的圆球形e ，放入 100℃水中，则又恢复成形状 a。
将材料在一定条件下进行一定限度以内的变形后，再对材 料施加适当的外界条件，材料的变形随之消失而回复到变 形前的形状的现象，称为形状记忆效应。
对于普通金属材料，受 到外力作用时，当应力超过 屈服强度时，产生塑性变形， 应力去除后，塑性变形永久 保留下来，不能恢复原状。
而形状记忆材料，在加 载过程中，应变随应力增加， OA段为弹性变形的线性段， AB为非线性段，由B点卸载 时，残余应变为OC，将此材 料在一定温度加热，则残余 应变降为零，材料全部恢复 原状。
形状记忆材料的分类
形状记忆合金 金 形状记忆陶瓷
钛-镍系形状记忆合金 铜基系形冰片烯、反式聚异 戊二烯（TPI）、苯乙烯-丁二烯共聚物以及聚 氨酯(PU)等)
形状记忆材料作为新型功能材料在航空航天、自动控 制系统、医学、能源等领域具有重要的应用。形状记 忆合金已广泛用于人造卫星天线、机器人和自动控制 系统、仪器仪表、医疗设备和能量转换材料。近年来， 又在高分子聚合物、陶瓷材料、超导材料中发现形状 记忆效应，而且在性能上各具特色，更加促进了形状 记忆材料的发展相应用。
形状记忆材料
形状记忆材料形状记忆材料是一种特殊材料，能够保持或恢复其原有形状。
它具有很多优点，如具有较高的弹性和可塑性，能够经历多次形状改变而不损坏。
这种材料可以应用于许多领域，如医疗、工程和电子等。
形状记忆材料的最重要的特性之一是其能够保持或恢复原有形状。
这意味着当受到外力变形后，材料可以自动返回其最初的形状，而不需要外力的干预。
这对于许多应用来说是非常有用的，例如，在心血管支架中使用形状记忆材料，可以将支架折叠成较小的直径，然后在患者体内展开，以减少手术切口的大小。
形状记忆材料还具有较高的弹性和可塑性。
这使得材料能够经历多次形状改变而不损坏，同时能够保持其原有的特性。
这种特性使得形状记忆材料成为制造智能材料和结构的理想选择。
例如，在航天器的降落伞中使用形状记忆材料，可以使降落伞能够适应不同的速度和高度，并提供更好的控制和安全性。
形状记忆材料还具有较高的耐腐蚀性和耐磨损性。
这使得它在恶劣环境下的应用很受欢迎，例如在海洋工程中使用形状记忆材料，可以抵抗海水的腐蚀和高压力的磨损。
这种材料还可以在高温和低温环境下保持其性能，具有很大的应用潜力。
除了这些特性外，形状记忆材料还具有其他一些有趣的特点。
例如，当形状记忆材料处于高温状态时，可以很容易地改变其形状，而当温度降低时，材料会恢复其原来的形状。
这种性质可以在制造机械臂和机械手等应用中发挥作用，使得它们能够在各种不同的环境条件下工作。
总的来说，形状记忆材料是一种具有很多优点的特殊材料。
它的应用范围非常广泛，包括医疗、工程和电子等领域。
随着技术的进步，形状记忆材料将会变得越来越普遍，并对人类的生活和工作产生积极的影响。
镍钛合金双程形状记忆训练方法
一、镍钛合金双程形状记忆材料的介绍镍钛合金是一种具有双程形状记忆特性的新型智能材料，它可以在特定的温度下发生形状记忆效应，即在被变形后，当再次加热至特定温度时能够恢复原来的形状。
这种材料具有良好的可塑性和可变形性，可以被用于各种形状记忆应用中。
目前，镍钛合金双程形状记忆材料已经被广泛应用于医疗、航空航天、汽车以及电子等领域。
二、镍钛合金双程形状记忆训练方法的意义1. 提高形状记忆训练效率镍钛合金双程形状记忆训练方法能够帮助个体更快速地掌握使用形状记忆材料进行变形和恢复的技能，从而提高形状记忆训练的效率，减少训练周期，提高形状记忆材料的应用水平。
2. 提高形状记忆材料的应用价值通过镍钛合金双程形状记忆训练方法的实施，可以培养更多的形状记忆材料的专业人才，提升形状记忆材料在各行业中的应用价值，推动形状记忆材料技术的发展。
三、镍钛合金双程形状记忆训练方法的内容和步骤1. 理论学习阶段（1）介绍镍钛合金双程形状记忆材料的基本特性和应用领域；（2）讲解形状记忆训练的重要性和意义；（3）学习形状记忆材料的基本工作原理和热力学原理。
2. 操作训练阶段（1）模拟形状记忆材料的变形和恢复过程，分析变形和恢复的原因和条件；（2）学习使用形状记忆材料进行手工制作和实际应用；（3）进行形状记忆材料的模拟实验和实际操作训练。
3. 应用实践阶段（1）参与形状记忆材料在医疗、航空航天、汽车、电子等领域的实际应用项目；（2）参与形状记忆材料的新产品研发和应用推广，提高形状记忆材料的应用技术水平。
四、镍钛合金双程形状记忆训练方法的实施途径1. 学校教育培训通过学校开设相关的形状记忆材料课程，引导学生对形状记忆材料的认识和应用，培养形状记忆材料专业人才。
2. 企业内训各行业企业可根据自身需要，开展形状记忆材料的内训活动，提升员工的应用技能和实践能力。
3. 研究机构合作形状记忆材料的研究机构可以与相关行业合作，开展形状记忆训练项目，推进形状记忆材料的应用和发展。
形状记忆材料原理
形状记忆材料原理形状记忆材料（shape memory materials）是一类具有特殊功能的智能材料，其能够在经历外部刺激后发生可逆的形状变化。
它的独特之处在于，无论是在应力作用下还是在温度变化下，形状记忆材料都能够快速从变形状态恢复到其原始形状。
形状记忆材料的原理主要基于其内部的微观结构和相变特性。
形状记忆材料通常是由合金或聚合物组成的。
合金形状记忆材料主要是由两种或多种金属元素组成的合金，这些金属元素的相互作用导致材料具有特殊的形状记忆效应。
聚合物形状记忆材料则是由高聚物材料制成，其中引入了特定的聚合物结构和交联方式，使其具有形状记忆特性。
形状记忆材料的原理可以分为两个主要过程：相变和反馈调控。
相变是指形状记忆材料在温度或应力变化的刺激下，会发生物理或化学相变，从而导致材料形状的改变。
形状记忆材料的相变过程可以分为两个阶段：相变起始温度（Martensite）和相变终止温度（Austenite）。
当材料温度低于相变起始温度时，材料处于马氏体（Martensite）状态，具有一种低对称性结构；而当材料温度高于相变终止温度时，材料处于奥氏体（Austenite）状态，具有高对称性结构。
这两种不同的结构状态是形状记忆效应的基础。
形状记忆材料的反馈调控过程是指材料在经历相变后能够以外力作用下，实现从马氏体状态到奥氏体状态的形状恢复。
形状记忆材料的马氏体状态具有较强的变形能力，而奥氏体状态则具有较高的弹性。
当外力作用于材料时，材料的晶格结构会发生变化，从而导致相变，并使材料从马氏体状态恢复到奥氏体状态。
这种特殊的结构转变机制使得形状记忆材料能够实现快速的形状变化和恢复。
形状记忆材料通过设计合适的微观结构和调控相变过程，可以实现多种功能应用。
其中包括医疗领域的支架和植入物，如血管支架和心脏支架。
形状记忆材料的特殊性能能够使这些植入物在经历收缩、扩张等变形后能够快速恢复其原始形状，从而提高治疗效果和患者的生活质量。
主要的形状记忆聚合物
主要的形状记忆聚合物
形状记忆聚合物（Shape Memory Polymer，简称SMP）是一种智能响应性材料，具有记忆和恢复初始形状的特性。
其主要应用领域包括医疗、纺织、机械和化工等。
SMP的材料特性包括：
1. 可恢复性：SMP在变形后能够在外部刺激下恢复到其初始形状。
2. 低密度：SMP相对于其他金属材料，具有较小的密度，有利于减轻结构重量。
3. 易加工：SMP加工性能良好，可以采用多种方法进行成型。
4. 形状转变温度可调：SMP的形状转变温度可以根据需要进行调整。
5. 良好的生物相容性：SMP在医疗领域具有广泛应用前景，因为它具有良好的生物相容性。
6. 智能响应：SMP可以根据外部环境条件（如温度、光照等）发生形状变化。
在我国，形状记忆聚合物研究取得了显著进展，包括构建本构方程、实验验证以及将其应用于医疗等领域。
例如，已有的研究项目中，新型形状记忆聚合物技术获得了美国药监局（FDA）的研究设备豁免（IDE），开始试验以确定其在选择性血管内动脉瘤修复术（Evar）中的安全性和有效性。
此外，形状记忆聚合物在智能制造领域也具有潜力。
例如，将SMP应用于机器人领域的驱动器，可以实现自适应变形，提高机器人的灵活性和适应性。
总之，形状记忆聚合物是一种具有广泛应用前景的创新材料，其特性包括可恢复性、低密度、易加工、形状转变温度可调、良好的生物相容性和智能响应等。
在我国，研究者正努力推动形状记忆聚合物技术的发展，并将其应用于医疗、智能制造等领域。
第三讲-形状记忆材料
2.1
Ti-Ni系形状记忆合金
目前研究得最全面、记忆性能最好、实用性强的合金材料
优点：记忆效应优良、性能稳定、生物相容性好是目前唯一 作为生物医学材料的形状记忆合金。
缺点：制造过程较复杂，价格高昂
Ti-Ni合金通过在1000℃左右固溶后，在400℃ 进行时效处理，再淬火得到马氏体。
在Ti-Ni合金中添加少量的第三元素，将会引起合金 中马氏体内部的显微组织发生显著变化，同时可能导致马
日本杰昂公司 开发出了以聚 酯为主要成分 的聚酯——合 金类形状记忆 聚合物。
形状记忆材料的种类
形状记忆合金 形状记忆陶瓷 形状记忆聚合物
形状记忆材料
一、
形状记忆效应
• 形状记忆效应
• 马氏体相变
• 形状记忆机理
1.1形状记忆效应
具有一定形状（初始形状）的固体材料，在某一 低温状态下经过塑性变形后（另一形状），通过加 热到这种材料固有的某一临界温度以上时，材料又 恢复到初始形状，这种效应称为形状记忆效应。
形状记忆过程中晶体结构的变化
• 从微观来看，形状记忆效应是晶体结构 的固有变化规律。通常金属合金在固态 时，原子按照一定规律排列起来，而形 状记忆合金的原子排列规律是随着环境 条件的改变而改变的。
• 形状恢复的推动力是由在加热温度下母 相和马氏体相的自由能之差产生的。
二、
形状记忆合金
• 具有形状记忆效应的合金叫形状记忆合金(Shape Memory Alloy，简称SMA)。它是通过热弹性与马 氏体相变及其逆相变而具有形状记忆效应的由两 种以上金属元素所构成的材料。
有记忆的金属
60年代初的一天，美国海军军械实验室的研究人员领来 了一批镍钛合金丝，也许是制造过程中处理不当，合金丝被 弄弯了，他们只能一根一根地将合金丝校直。有人顺手把校 直的合金丝堆放在炉子的旁边。这时意外的事情发生了，一 些校直的的合金丝在炉温的烘烤下，不一会儿就恢复到原来 弯曲的形状。于是不得不重新校直合金丝。起初，他们没有 在意，还是把校直的合金丝堆放在炉旁，结果合金丝又弯曲 了，这种现象重复出现了多次，直到人们把校直的合金丝换 了一地方堆放，不再受到炉温的烘烤以后，合金丝才继续保 持挺直的形状。 军械实验室的研究人员紧紧地抓住了上述的意外的事情， 开展反复的实验研究，终于发现含50%镍和50%钛的合金在温 度升高40℃以上时，能“记住”自己原来的形状。
第十一章 形状记忆材料
形状回复率η ：
η (%)=(l1-l2)/( l1-l0)×100％
母相态的原始形状（若以长度表示）为l0，马氏体态 时经形变（若为拉伸）为l1，经高温逆相变后为l2
11.1.2
马氏体相变
淬火：将材料快速冷却至一定介质使其发生相
变的过程。
马氏体：是高温奥氏体快速冷却形成的体心立
方或体心四角(正方)相。
图11-8 Ni-Ti-Nb宽滞记忆合金管接头与传统连接的比较
最初管接头所采用的合金为Ni-Ti和Ni-Ti-Fe合金，安装前必须保存在液氮中， 实际应用很不方便。
图11-9 记忆合金同轴电缆紧固圈
图11-10 形状记忆合金紧固铆钉
尾部开口状，紧固前，把铆钉在干冰中冷却后把尾部拉直，插入被紧固 件的孔中，温度上升产生形状恢复，铆钉尾部叉开实现紧固。
图11-20 应用形状记忆叠层装置的机械夹持器 20层，200V，4ms的脉冲使4mm的陶瓷位移4um，尖 端位移30um
11.4
形状记忆聚合物
• 聚合物形状记忆机理 • 几种主要的形状记忆聚合物 • 形状记忆高聚物的应用
形状记忆高聚物(shape memory polymers，简写SMP)：
（2）飞行器用天线
图11-11 人造卫星天线的示意图
图11-12 形状记忆合金月面天线的自动展开示意图
美国字航局(NASA) 利用Ti-Ni合金加工制成半球状的月面天线，先加以 形状记忆热处理，压成一团，阿波罗运载火箭送上月球表面，小团天线 受太阳照射加热恢复原状，即构成正常运行的半球状天线，
（3）驱动元件
利用记忆合金在加热时形状恢复的同时其恢复力
可对外作功的特性，制成各种驱动元件。
结构简单，灵敏度高，可靠性好。
化学物质的智能材料和仿生材料在机器人学中的应用有哪些
化学物质的智能材料和仿生材料在机器人学中的应用有哪些随着现代科技的飞速发展，智能材料和仿生材料已成为机器人制造中的重要组成部分。
这些具有特殊性质的材料能够实现对机器人的自动调节和响应，从而使机器人变得更加智能化、灵活化和高效化。
本文将介绍化学物质的智能材料和仿生材料在机器人学中的应用，希望对读者有所启发。
一、形状记忆材料形状记忆材料是一种新型智能材料，具有记忆效应。
在机器人学中，形状记忆材料被广泛应用于机器人的柔性机构和变形机构。
例如，利用形状记忆合金制作的弯曲传感器可以用于检测机器人关节运动的角度变化，从而实现对机器人的远程控制。
此外，形状记忆泡沫材料还可用于制作柔性机械臂，从而使机器人的活动范围更广泛，操作更灵活。
二、光敏材料光敏材料是一种可响应光刺激的智能材料，通常由聚合物和光敏剂组成。
在机器人制造中，光敏材料的应用也十分广泛。
例如，光敏聚合物可以制作光驱动机器人的驱动器件，从而让机器人具有自主运动能力。
此外，光敏材料还可用于机器人的激光扫描和散射测量，从而提高机器人的感知和识别能力。
三、仿生材料仿生材料是一种模拟生物体组织、结构或属性的新型材料，其优点是与生物体的交互性更好，并且可以抵御各种外部干扰。
在机器人学中，仿生材料通常用于制造仿生机器人和仿生传感器。
例如，仿生材料可以用于制作机器人皮肤，从而让机器人产生“触觉”，实现对外部环境的感知和反馈。
此外，仿生材料还可用于制作仿生关节和仿生肌肉，实现机器人的仿生行动。
四、磁敏材料磁敏材料是一种对磁场敏感的材料，可用于制造机器人的驱动器件和传感器。
例如，在磁敏聚合物制成的机器人中，可以通过改变磁场的方向来实现机器人的运动和控制。
此外，磁敏材料还可以在海底机器人中应用，通过磁感应探测海底岩石等物体，实现机器人的导航和路径规划。
五、纳米材料纳米材料是一种结构及尺寸在纳米量级的物质，具有独特的物理、化学和生物学特性。
在机器人学中，纳米材料经常被用于制造纳米机器人、纳米传感器和纳米动力学系统等。
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形状记忆材料摘要：材料是现代社会发展的三大支柱产业之一，本文介绍了形状记忆材料的概念，发展历史，记忆效应产生的原理和分类应用。
形状记忆材料主要分为三种：形状记忆合金、形状记忆陶瓷、形状记忆聚合物。
由于形状记忆效应的独特记忆效应的性质，广泛的应用于工业领域和医学领域。
关键词：形状记忆材料、记忆效应、形状记忆合金、形状记忆陶瓷、形状记忆聚合物一．引言材料、信息、能源被称为现代社会发展的三大支柱产业，材料对当代社会的进步和发展起着十分重要的作用。
科技的不断进步对材料各个方面的性能的要求越来越高，智能化的材料已经成为一种趋势，而形状记忆材料的更是引起了国内外的研究热潮。
自上个世纪以来，形状记忆材料独特的性能引起了人们的极大的兴趣。
由于形状记忆材料具有形状记忆效应、高温复形变、良好的抗震性和适应性等优异性能，有着传统驱动器不可比拟的性能优点，形状记忆合金由于具有许多优异的性能，而广泛应用于航空航天、机械电子、生物医疗、桥梁建筑、汽车工业及日常生活等多个领域。
二．形状记忆材料的概念形状记忆材料[1]（shape memory materials ，简称SMM）是指具有一定初始形状的材料经过形变并固定成另一种形状后，通过热、光、电等物理或化学刺激处理又恢复成初始形状的材料。
三．形状记忆材料的发展史1932年，瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到了“记忆”效应，即合金形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般的回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。
1938，当时的美国在Cu-Zn合金里发现了马氏体的热弹件转变，随后前诉苏联对这种行为进行了研究。
1951年美国的里德等人在金镉合金中也发现了形状记忆效应，然而在当时，这些现象的发现只被看作是个别材料的特殊现象而未能引起人们的足够兴趣和重视。
直到1962年，美国海军机械研究所的一个研究小组从仓库领来一些镍钛合金丝做实验。
在实验的过程中，他们发现，当温度升到一定数值时，这些已经拉直的镍钛合金丝突然又恢复到原来的弯曲状态，他们反复做了多次实验，结果证明了这些细丝确实具有“记忆”。
发现了Ni-Ti 合金中的形状记忆效应，才开创了“形状记忆”的实用阶段。
四．形状记忆效应机理形状记忆效应[2]可分为三种类型：（1）单程记忆效应：形状记忆材料较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。
（2）双程记忆效应：某些材料加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。
（3）全程记忆效应：加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。
大部分合金和陶瓷记忆材料是通过热弹性马氏体相变而呈现形状记忆效应的。
马氏体相变具有可逆性，将马氏体向高温相（奥氏体）的转变称为逆转变。
形状记忆效应是热弹性马氏体相变产生的低温相在加热时向高温相进行可逆转变的结果。
这种可逆转换是具有一定条件的：（1）马氏体相变是热弹性的。
（2）母体与马氏体相呈现有序点阵结构。
（3）马氏体内部是栾晶变形的。
（4）相变时在晶体学上具有完全可逆性。
图1. 三种变形示意图五．形状记忆材料的分类及应用常见的形状记忆材料有形状记忆合金(ShapeMemory Alloys，SMAs)、形状记忆陶瓷(ShapeMemory Ceramics，SMCs)以及形状记忆聚合物(Shape MemoryPolymers，SMPs)LlJ。
5.1 形状记忆合金具有形状记忆效应的合金叫形状记忆合金[3](Shape Memory Alloy，简称SMA)。
它是通过热弹性④与马氏体相变及其逆相变而具有形状记忆效应的由两种以上金属元素所构成的材料。
一般来说，给金属施加外力使它变形，之后取消外力或改变温度，金属通常不会恢复原形；而这种合金在外力作用下虽会产生变形，当把外力去掉，在一定的温度条件下，能恢复原来的形状。
由于它具有百万次以上的恢复功能，因此叫做"记忆合金"。
人们发现的具有形状记忆效应的合金有50多Ni、种。
按组成和相变特征可分为三大类： Ti-Ni系形状记忆合金：TiNi、Ti2TiNi，近年又开发了Ti-Ni-Cu、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Cr、Ti-Ni-Pb、Ti-Ni-Nb等3新型合金；铜基系形状记忆合金：主要有Cu-Zn-Al、Cu-Al-Ni、Cu-Au-Zn；铁基系形状记忆合金：应用前景最好的是Fe-Mn-Si-Cr-Ni、Fe-Mn-Co-Ti。
形状记忆合金主要应用于工业领域和医学领域[4]。
在工业领域中：（1）利用单程形状记忆效应的单向形状恢复。
如管接头、天线、套环等。
（2）外因性双向记忆恢复。
即利用单程形状记忆效应并借助外力随温度升降做反复动作，如热敏元件、机器人、接线柱等。
（3）内因性双向记忆恢复。
即利用双程记忆效应随温度升降做反复动作，如热机、热敏元件等。
但这类应用记忆衰减快、可靠性差，不常用。
（4）超弹性的应用。
如弹簧、接线柱、眼镜架等。
在医学中的应用：TiNi合金的生物相容性很好，利用其形状记忆效应和超弹性的医学实例相当多。
如血栓过滤器、脊柱矫形棒、牙齿矫形丝、脑动脉瘤夹、接骨板、髓内针、人工关节、避孕器、心脏修补元件、人造肾脏用微型泵等。
5.2 形状记忆陶瓷氧化铝、氧化硅等陶瓷[5]有很好的耐热性、耐腐蚀性、耐磨性和机械强度。
但在室温或相近温度下没有塑性变形，不能进行象金属加工上用的塑性加工，因此必须进行切断，切削、研磨。
这样在进行精加工、复杂形状的加工时，需要很多手续。
陶瓷材料具有优良的物理性质，但不能在室温下进行塑性加工，性质硬脆，因而限制了它的许多应用。
形状记忆陶瓷按照形状记忆效应产生的机制不同，可以分为黏弹性形状记忆陶瓷、马氏体相变形状记忆陶瓷、铁电性形状记忆陶瓷和铁磁性形状记忆陶瓷。
陶瓷的形状记忆效应与合金和高分子相比有以下特点：首先是形状记忆陶瓷的形变量较小；其次是形状记忆陶瓷在每次形状记忆和恢复过程中都会产生不定程度的不可恢复形变，并且随着形状记忆和恢复循环次数的增加，累积的变形量会增加，最终导致裂纹的出现。
黏弹性形状记忆陶瓷有氧化锆、氧化铝、碳化硅、氮化硅、云母玻璃陶瓷等，当将材料加热到一定温度以后，对其进行加载变形处理，保持外力维持形变，再将其冷却，然后再加热至一定温度，陶瓷的形变就会恢复至初始状态。
关于黏弹性形状记忆陶瓷的作用机理目前尚不明确，有关研究认为，黏弹性形状记忆陶瓷中包括结晶体和玻璃体两种结构，作为形状恢复驱动力的弹性能储存在其中一种结构当中，而在另外一种结构中则会发生形变。
马氏体相变形状记忆陶瓷也是一种典型的形状记忆材料，这类材料有ZrO2、BaTiO3、KNbO3、PbTiO3等，这些形状记忆陶瓷主要用于能量储存执行元件和特殊功能材料。
铁电性陶瓷是指材料可以在外接电场取向发生变化的情况下体现出形状记忆特性的陶瓷。
铁电性形状记忆陶瓷的相区包括顺铁电体、铁电体和逆铁电体，而相转变类型则有顺铁- 铁电转变和逆铁电- 铁电转变。
铁电性形状记忆陶瓷的相转变既可以由电场引起，也可以由极性磁畴的转变或再定向引起。
与形状记忆合金相比，铁电性形状记忆陶瓷虽然形变量较小，但具有响应速度快的优点。
而铁磁性形状记忆陶瓷可经受顺磁-铁磁、顺磁-逆铁磁或轨道有序- 无序转变，这些可逆转变通常也伴随着可恢复的晶格形变。
近年来，由美国和新加坡科学家研制出的柔性陶瓷不仅弯曲后不会破碎，而且还具有形状记忆，即该陶瓷被弯曲或加热时，它们会回复到原来的形状，从而可以被广泛地应用在生物医学和燃料电池等诸多工业领域中。
从原理上讲，陶瓷分子结构能够使其具有形状记忆能力，在透射式电子显微镜下观察发现，它的分子结构是“双层连续立方体结构”，这种结构与100 a来的数学假设是相吻合的。
但陶瓷易碎是其障碍，而让陶瓷能弯曲并拥有形状记忆的关键在于让其变得很小。
研究者首先制造出肉眼看不见的小陶瓷，进而再使单个晶粒跨越整个结构，并剔除了晶粒的边界，因为碎裂更有可能发生在这些边界上。
同普通陶瓷只有1%弯曲的性能相比，这种直径仅为1 m的新型微陶瓷，已经具备7%~8%能被弯曲而不破碎的性能。
5.3形状记忆聚合物形状记忆聚合物[7]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。
与形状记忆合金和陶瓷相比，形状记忆聚合物由于其刺激方式多样化、质轻价廉、更优异的弹性形变、力学性能可在较宽范围内调节、潜在的生物相容性及生物可降解性、柔韧性好、变形温度范围可调整、原材料充足、易加工成型、耐腐蚀、电绝缘性和保温效果好等优势，成为被大力发展的一种新型形状记忆材料。
1981年，热致形状记忆聚合物交联聚乙烯[73的发现，使具有形状记忆功能的聚合物材料得到了很大程度的发展，并作为功能材料的一个重要分支倍受关注。
固态的形状记忆聚合物材料(如含氟塑料和聚氨酯)和高分子凝胶是形状记忆聚合物的两大体系，都属于新型功能高分子材料的范畴。
在已发现的所有形状记忆聚合物中，根据形状恢复响应条件的不同，可将他们分为：热致形状记忆聚合物、电致形状记忆聚合物、光致形状记忆聚合物、化学感应形状记忆聚合物。
形状记忆聚合物具有质轻价廉、易于成型、形状恢复温度较容易调整且与体温相当的特点，其中一些聚合物生物相容性良好、可生物降解，因此在医疗器械、矫形固定、手术缝合、人工组织及器官和药物缓释体系等生物医学领域得到了广泛的应用。
四．研究展望形状记忆材料作为当今研究热点之一，引起了国内外研究者的重视。
形状记忆材料的应用领域已涉及医学⑦、工业、建筑业、航天、日常生活[8]用品等方面。
但相比于国外研究进展而言，我国在形状记忆材料方面的研究还相对较落后，形状记忆材料仍存在一些不足之处亟待解决。
在形状记忆合金方面，有关其抗疲劳性能的研究报道较少，并且其研究方法还不够规范，因此应加强形状记忆合金的抗疲劳性能研究，同时有必要建立一套统一的研究方法和合理的评价体系，这样其使用的安全性和可靠性就有了依据。
关于形状记忆高分子，我国研究起步相对较晚，虽然近年来也取得了较大的进步，但在材料的结构设计和研制方面，仍处于借鉴美国、日本等研究成果的阶段，因而结构设计成为形状记忆高分子材料研究的重点之一。
形状记忆陶瓷近年来的可观研究成果相对于形状记忆合金和形状记忆高分子来说甚少，虽然其形状记忆效果没有形状记忆合金和形状记忆高分子好，但改善陶瓷的形状记忆性能将会很大程度上拓展其应用领域。
参考文献：[1]于明昕,周啸.溶液法合成聚氨酯的形状记忆材料及其性能[J].清华大学学报(自然科学版),2002,42(5):607-610.DOI:10.3321/j.issn:1000-0054.2002.05.012.[2]金学军,张玉龙,徐祖耀等.形状记忆材料的热力学设计[J].上海交通大学学报,2003,37(12):1817-1820.DOI:10.3321/j.issn:1006-2467.2003.12.001.[3]M MANJAIAH,S NARENDRANATH,S BASAVARAJAPPA等.形状记忆合金非常规加工综述[J].中国有色金属学报（英文版）,2014,(1):12-21.DOI:10.1016/S1003-6326(14)63022-3. [4]徐祖耀,金学军.形状记忆材料的新进展[J].功能材料,2004,35(z1):6-10.DOI:10.3321/j.issn:1001-9731.2004.z1.002.[5]徐祖耀,T.Y.Hsu.材料的相变研究及其应用[J].上海交通大学学报,2001,35(3):323330.DOI:10.3321/j.issn:1006-2467.2001.03.001.[6]史永基,曹慧敏,叶芳等.智能材料和智能结构——形状记忆材料[J].传感器世界,2010,16(9):6-12.DOI:10.3969/j.issn.1006-883X.2010.09.001.[7]形状记忆聚合物及其在生物医学工程中的应用[J].生物医学工程学志,2005,22(5):1082-1084.[8]任继江.基于形状记忆材料的纺织设计发展与应用[J].河南科技,2015,(1):127-129.。