蔡璐-形状记忆高分子材料

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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研究进展(综述)

形状记忆的高分子材料的研究进展Research Progress of Shape Memory Polymer Material1 综述摘要：形状记忆高分子（SMP）是一类新型的功能高分子材料，是高分子材料研究、开发、应用的一个新的分支点，它同时兼具有塑料和橡胶的特性。

形状记忆高分子材料是一种可以响应外界刺激，并调整自身状态参数，从而回复到预先设定状态的一种智能高分子材料。

本文简单介绍了形状记忆高分子材料的性能、种类和应用。

关键词：形状记忆；高分子材料；聚合物；研究进展1形状记忆高分子材料简介.形状记忆的高分子材料是一种能够感知外部环境如光、热、、电、磁等，并且能够根据外部环境的变化而自发的对自身的参数进行调整还原到预先设定状态的一种智能高分子材料。

形状记忆高分子( Shape Memory Polymer，简称 SMP) 材料具有可恢复形变量大、质轻价廉、易成型加工、电绝缘效果好等优点，从20世纪80年代以来赢得广泛关注和研究，并得到了快速发展，因其独特的性能和特点，使其这些年来在材料领域中扮演着重要的角色。

近40年来，科研工作者们相继开发出了多种形状记忆高分子材料，如聚乙烯、聚异戊二烯、聚酯、共聚酯、聚酰胺、共聚酰胺、聚氨酯等，它们被广泛应用于航空航天、生物医用、智能纺织、信息载体、自我修复等多个材料领域。

显示出了形状记忆高分子材料广泛的应用前景的地位。

2.形状记忆高分子材料的分类及应用根据响应方式的不同可以将形状记忆高分子分材料大致分为热致型、光致型、化学感应型、电致型等类型。

其中，热致感应型和光致感应型应用最为广泛。

2.1热致感应型热致SMP是一种通过施加电场或红外光照射等刺激促使其在室温以上变形，并能在室温固定形变且可长期存放，当再次升温至某一固定温度时，材料能够恢复到初始形状。

热致型SMP被广泛用于医疗卫生、体育运动、建筑、包装、汽车及科学实验等领域，如医用器械、泡沫塑料、坐垫、光信息记录介质及报警器等。

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。

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。

具有形状记忆功能的高分子材料研究

具有形状记忆功能的高分子材料研究随着科技的不断进步，人们对材料的需求也越来越高。

而其中一种备受关注的材料就是具有形状记忆功能的高分子材料。

形状记忆是指材料能够根据外界刺激或者内部条件，自主改变自身形状，并在刺激消失后回复到最初的形态。

这种材料的研究在医疗、智能材料和工程领域有着广泛的应用前景。

形状记忆功能的高分子材料的研究始于二十世纪五十年代，当时的科研工作者开始对具有嵌段结构的聚合物进行研究。

随后，研究人员发现，在这些聚合物中，具有相干结构的片段能够形成物理交联点，从而赋予材料形状记忆功能。

这种交联点可以通过加热或者其他方式来打破，使材料恢复到初始形状。

这项研究成果引起了广泛关注，并在此后的几十年里得到了持续的探索和发展。

目前，研究人员主要专注于两种形状记忆高分子材料：热致形状记忆材料和光致形状记忆材料。

热致形状记忆材料是最常见的一种，其材料中添加了热塑性嵌段，能够在一定温度范围内发生熔融和再结晶。

这些嵌段之间形成的序列结构使材料具有记忆形状的能力。

当材料被加热到临界温度时，分子链之间的交联点会被打破，材料变得软化，可以任意塑性变形。

当材料冷却后，分子链之间的交联点再次形成，材料恢复到原始状态。

而光致形状记忆材料是一种相对较新的研究领域。

这类材料的形状变化是通过光敏染料的光热效应实现的。

光敏染料可以在特定波长的光照下吸收光能并将其转化为热能。

当材料暴露在特定光照下时，光敏染料吸收的光能会导致局部温度升高，从而改变材料的形状。

而当材料不再受到光照时，温度也会回落，材料恢复到原始形态。

形状记忆高分子材料的应用潜力巨大。

在医疗领域，这种材料可以用于智能药物释放系统。

例如，一种植入体可以被设计成在特定温度下打开，释放药物，并在其他条件下关闭，从而实现精确的药物控释。

这种智能药物释放系统可以减少药物滥用和副作用，提高临床治疗的效果。

在智能材料领域，形状记忆高分子材料可以应用于可穿戴设备和机器人。

这种材料可以通过外界刺激实现形状变化，使得可穿戴设备和机器人能够更加贴合用户的需求和动作。

形状记忆高分子材料的研究进展

圆圜圜
图１聚合物形状记忆效应示意图
（即聚合物可以“ 记住” 两个临时形状 “ ４］。中科院四川有机化学有限公司的丁小斌、彭宇行等制备了ＰＭＭＡ— ＰＥＧ２０００的半互穿网络聚合物，实现了一个聚合物具有两个形状恢复温度［１０】。Ｘｉｅ利用一个较宽的相转变，成功地使全氟磺酸离聚物（ＰＦＳＡ）实现了三态、四态形状记忆效应［】，突破了人们对形状记忆聚合物一个转变过程对应个临时形状的认知。总之，通过化学合成的途径，人们可以从分子层面设计新型聚合物，但是需要较深厚的高分子相关专业的背景知识与很强的实验技能。
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［２］Ｒａｔｎａ。Ｄ．ａｎｄＪ．Ｋａｒｇｅｒ —Ｋｏｃｓｉｓ。ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ，２００８．
４３（１）：Ｄ．２５４－２６９．
［３］Ｘｉｅ … ＴＰｏｌｙｍｅｒ，２０１１．５２（２２）：ｐ．４９８５ —５０００．［４］Ｌｅｎｄｌｅｉｎ．Ａ．ａｎｄＳ．ＫｅＩｃｈ。ＡｎｇｅｗａｎｄｔｅＣｈｅｍｉｅ —Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
Ｐ．１１００－１１０４．
形状记忆效应最初是在金— 镉合金中发现的。在１９６２年，又发现Ｎｉ — Ｔ冶金具有形状记忆效应，其在航天、航空方面的巨大潜在应用，迅速引起广泛关注。形状记忆合金虽然尺寸小、强度高，但制造费用高、可回复形变小、有毒性。而形状记忆聚合物因加工简单、成本低、质量轻、形变量大等优势，得到迅速发展［１】。在１９８４年，法国的ＣＤＦＣｈｅｍｉｅ公司研发出了第一种形状记忆聚合物—— 聚降冰片烯【２】。不久，日本三菱重工开发出了易于调节软、硬段结构的形状记｝乙聚氨酯材料实现了形状记忆聚合物的商业化应用［３ｌ。形状记忆高分子的机理可用图１表示：可认为该材料由两相或者两个组分组成。其一为固定相，其一为可转变相。当聚合物受外界环境刺激（女 Ⅱ ，加热）时，可转变相变软，聚合物变形后，处于能稳定存在的临时形状；当聚合物再次受外界刺激后，根据熵增原理，高分子链自发蜷缩，从而驱动聚合物回复初始形状。初始形状由物理交联点或化学交联点决定。根据可转变相的不同，可将材料分为两大类：一类是利用玻璃化转变实现形状记忆，另类是利用结晶相实现形状记Ｉ￣Ｏ，２Ａ］。基于这个机理，可利用化学方法合成利用玻璃化转变Ｉｓ，日或晶体熔融转变（如利用ＰＥＧ等７ｑ的形状记忆高分子材料。通常利用一个转变过程（如玻璃化转变或熔融转变），可以实现个临时形状的回复。但如果把具有不同转变温度的组分（女口低熔点的组分和高玻璃化转变温度的组分、两个不同玻璃化转变温度的组分等）通过共聚形成共聚物网络，则可以实现三态形状记忆聚合物

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。

形状记忆高分子材料

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。
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。

浅谈形状记忆型高分子材料及其应用

后可获得形状记忆功能。４应用领域相对其他记忆材料，形状记忆高分子材料具有保湿，绝缘性好，不锈蚀，易着色，可印刷，质轻价廉的优点。目前在许多领域都广泛应用。表１ＳＭＰ的应用领域
应用领域应用举例
土木建筑固定铆钉、空隙密封、异径管连接机械制造自动启闭阀门、热收缩套管、防震器、连接装置、衬里材料、缓冲器电子通讯电子集束管、电磁屏蔽材料，光记录媒体、电缆防水接头热收缩薄膜、夹层复盖、商标印刷包装绷带、夹板、矫形材、扩张血管、四肢模型材料记忆高分子（ＳＭＰ）。医疗卫生便携式饮具、餐具、头套、乳罩、人造花、领带、衬衣２形状记忆效应及其原理日常用品领、残疾人用勺对于具初始形状的聚合物在一定条件下（如加热、光照或文体娱乐文具、教具、玩具、体育保护器材改变酸碱度等）实施变形，这种变形状态可以被保存下来；当其他商品识伪、火灾报警装置
对聚合物在进行加热、光照或改变酸碱度等刺激的时候，聚合物又可以恢复到其原来的赋型状态，聚合物的这种特性称为聚合物的形状记忆效应。高聚物的各种性能是其内部结构的本质反映，而聚合物的形状记忆功能是由其特殊的内部结构所决定的。目前开发的形状记忆性聚合物一般是有保持固定成品形状的固定相和在某种温度下可能可逆地发生软化一硬化的可逆相组成。固定相的作用是初始形状的记忆和恢复，第二次变形和固定则是由可逆相来完成的。固定相可以是聚合物的交联结构、部分结晶结构、聚合物的玻璃态或分子链的缠绕等。可逆相则为产生结晶与结晶熔融可逆变化的部分结晶相，或发生玻璃态与橡胶态可逆转变（玻璃化温度Ｔｇ）的相结构。３分类形状记忆型高分子材料按其组成可分为交联聚烯烃类、聚

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。

形状记忆高分子材料在自拆卸构件中的应用进展

形状记忆高分子材料在自拆卸构件中的应用进展摘要：形状记忆高分子材料是一种新型刺激相应型智能材料。

本文首先介绍了形状记忆高分子材料的形状记忆效应及其产生该效应的分子机理；并探讨形状记忆高分子材料在自拆卸构件中的应用。

同时，展望了其在自拆卸构件设计、应用中的发展趋势。

关键词：高分子材料形状记忆效应自拆卸形状记忆高分子材料（SMP,Shape Memory Polymer）是一种新型的智能材料（Intelligent material），它能感知外部刺激，从而恢复自身形状的功能材料。

形状记忆高分子材料种类繁多，用途广泛，其应用在商品防伪、医疗卫生、航空航天等不同领域。

形状记忆高分子材料具有形变量大、赋形容易、形状恢复温度易于调整、电绝缘性好等优点[1]；且易于制备具有形状记忆性能的复合物。

现在，电子产品（如智能手机等）的升级、换代越来越快。

废弃电子产品的回收、处理问题日益突出。

废弃电子产品中，含有很多重金属，对环境的潜在危害巨大。

垃圾的收集、分类耗费大量的人力、物力；在人力成本大大增加的当下，发展能够自拆卸的构件、器件甚至产品将大大缓解这个问题。

形状记忆高分子材料具有的回复自身初始形状的特性，使其在自拆卸构件的设计上具有很大的潜力。

本文在讨论形状记忆高分子材料形状记忆效应的基础上，对形状记忆材料在设计、制造自拆卸构件中的应用进行了综述。

1 形状记忆高分子材料的记忆效应及其机理1.1 形状记忆效应形状记忆材料是一种刺激、响应型的功能材料。

这类材料能够“记住”自己的初始形状。

形状记忆效应就是指材料在外界的刺激下，能够改变自身的形状并回复初始形状。

不同的材料可以根据外部环境产生的不同刺激（如热、磁、光、化学等），回复自身的初始形状。

如果在加热的情况下，回复自身的初始形状，则称之为热驱动的形状记忆效应或热致形状记忆效应。

以此类推，可以产生磁致、光致、化学驱动的形状记忆效应。

1.2 形状记忆高分子材料的形状记忆机理Huang等提出：可以将形状记忆高分子材料看成由两相组成，一相为固定相，另一相为可转变相。

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。

聚氨酯形状记忆高分子材料制备技术

聚氨酯形状记忆高分子材料制备技术聚氨酯形状记忆高分子材料是一种具有特殊性能的材料，它能够在经历形变后恢复到其原始形状。

这种材料广泛应用于医疗、航空航天、汽车等领域。

本文将介绍聚氨酯形状记忆高分子材料的制备技术及其应用。

聚氨酯形状记忆高分子材料的制备过程主要包括聚合反应、形状记忆性能的调控和后处理等步骤。

聚合反应是制备聚氨酯形状记忆高分子材料的关键步骤。

聚合反应通常通过两种原料的反应来实现，一种是异氰酸酯，另一种是含有活性氢的多元醇。

在反应过程中，异氰酸酯与多元醇发生缩聚反应，形成聚氨酯链段。

为了使聚氨酯具有形状记忆性能，通常会在反应体系中引入临时交联剂，如丙烯酸等。

这些临时交联剂可以在形状记忆过程中提供额外的弹性。

形状记忆性能的调控是实现聚氨酯形状记忆特性的关键。

形状记忆性能主要取决于聚氨酯的交联度、链段长度和交联方式等因素。

交联度的增加可以提高聚氨酯的强度和刚性，但会降低其形状记忆性能。

链段长度的增加有助于增强聚氨酯的柔软性和延展性，从而提高形状记忆效果。

此外，通过调整交联方式，如物理交联和化学交联的比例，可以进一步调控聚氨酯的形状记忆性能。

后处理是制备聚氨酯形状记忆高分子材料的重要步骤。

后处理主要包括热处理和形状记忆性能测试。

热处理是为了使聚氨酯形状记忆高分子材料得到固化和形状记忆效果的激活。

形状记忆性能测试是通过加热和冷却等过程来评估材料的形状记忆效果。

通常会使用热机械分析仪等设备对材料的形状记忆性能进行定量分析。

聚氨酯形状记忆高分子材料具有许多优异的性能和广泛的应用领域。

首先，由于其形状记忆性能，它可以被用于制造具有自修复功能的材料，如自修复涂层和自修复塑料。

其次，聚氨酯形状记忆高分子材料还可以应用于医疗领域，如制造可缩小体内器械和可缩小植入物等。

此外，它还可以被用于制造自动开合的阀门和开关等自动控制装置。

聚氨酯形状记忆高分子材料的制备技术是一项复杂而有挑战性的工作。

通过聚合反应、形状记忆性能的调控和后处理等步骤，可以制备出具有优异性能的材料。

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。

形状记忆高分子材料

浅谈形状记忆高分子材料及典例摘要：高分子形状记忆材料近年来吸引了许多研究者的目光, 因其低廉的成本、优异的加工性能、良好的回复性、多变的力学和物理性能等优势迅速地发展起来。

按形状记忆的方式,它可分为热致感应型、光致感应型和化学物质感应型等,能满足不同的应用需求。

关键词：形状记忆高分子形状记忆树脂热致感应性一、形状记忆高分子材料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。

二、形状记忆高分子材料结构高分子的各种性能是其内部结构的本质反映，而高分子的形状记忆功能是有其特殊的内部结构决定的。

目前开发的形状记忆高分子一般是有保持固定成品形状的固定相和在某种温度下能可逆的发生软化—硬化的可逆相组成。

固定相的作用是初始形状的记忆和恢复，第二次变形和固定则是有可逆相来完成。

固定相可以是高分子的交联结构、部分结晶结构、高分子的玻璃态或分子链的缠绕等。

可逆相则为产生结晶与结晶熔融可逆变化的部分结晶相，或发生玻璃态与橡胶态可逆转变（玻璃化温度Tg）的相结构。

三、形状记忆高分子材料机理形状记忆性是指某种材料在成型加工过程中形成某种固有形状的物品，在某些条件下发生变形并被固定下来后，当需要它时只要对它施加一定手段（如加热，光照，通电，化学处理等），使其迅速恢复到初始形状。

也就是说，具有形状记忆性的物质就像有生命的东西，当其在成型加工中被塑造成具有某种固有的初始形状的物品后，就对自己所获得的这种初始形状始终保持有终生记忆的特殊功能，即使在某些情况下被迫改变了本来面目，但只要具备了适当的条件，就会迅速恢复到原有的初始形状。

这种可逆性的变化可循环往复许多次，甚至几万次。

高分子材料的形状记忆性，是通过它所具有的多重结构的相态变化来实现，如结晶的形成与熔化，玻璃化与橡胶态的转化等。

形状记忆高分子材料相关专利技术综述

记忆材料的专利开始，涉及高分子形状记忆材料的技术研究已经经历了 34 年的发展历程，其过程大致可分为两个发展阶段：
一、技术起步阶段（2001 年之前） 1985—2001 年，这一时期相关高分子形状记忆材料相关专利申请数量较少，1985 年出现第一项明确涉及高分子形状记忆材料的相关专利申请，随后申请量维持在较低的水平，这是由于高分子形状记忆材料的研究起步较晚，因此前期的研究规模小。二、技术发展阶段（2001 年之后） a. 缓慢发展期（2001—2013 年） 2001 年以后，形状记忆高分子的相关申请数量出现平稳的增长，但前期增长速率缓慢，这标志着关于高分子形状记忆材料的技术进入初步发展期，该技术领域的生命周期处于成长阶段，高分子形状记忆材料的专利研究开始受到更多关注，研发稳步向前推进，这说明国内外对于该领域始终保持着一定的研究热度。 b. 快速发展期（2013—2017 年）从 2013 年开始，高分子形状记忆材料相关专利申请数量出现快速增长，专利申请量和申请人数量增速明显，到 2017 年申请量达到 140 件，这说明该领域的创新研发备受关注，国内外开始加大对于该领域的研究力度，也逐步认识到专利申请对于创新的重要性，国内申请人也开始重视专利布局，颇有以点带面，全面开花的趋势。 c. 平稳发展期（2017—至今）由于专利公开通常需要 18 个月的时间，也有专利会提前公开，因此，考虑到专利公开的滞后性，2017 年至今的专利数量无法准确体现这一时期的专利申请情况，但
最早获得实际应用的 SMP，聚酯具有较好的耐候性、耐热性、耐油性等，尤其以聚乳酸和聚己内酯为首的聚酯由于较好的生物相容性而广泛应用于生物医药领域，但其存在耐热水性不太好的缺点［4］。
由于 SMP 材料具有质轻价廉、赋形容易、形状记忆温度易于调整等诸多优点，已在航天工程、生物医药、修复、生活和工业等方面均有广泛的应用。例如在工业领域可具体用于热收缩套管、包装材料、容器外包及衬里等，生物医用领域也是 SMP 应用最广泛的领域之一，具有天然生物相容性和可降解性的形状记忆高分子材料被广泛应用。在修复材料中，可以在材料的受损部分进行原位修复［5］，阻燃性好的 SMP 可大多用于国防尖端技术，如导弹、火箭、飞机等工业和航天等领域［6］。在开发 SMP 材料时，NASA 对该材料在航天航空领域中的应用做了大量的实验和探索，将其应用于一系列的特种器件中［7］，除此以外，伴随着 3D 打印技术的日益发展，各种复杂的几何形状进行加工的过程中，难度逐渐降低，其是对聚合物形状记忆材料在加工以及应用过程中的进一步完善和补充［5］。

形状记忆高分子的材料的研究进展

形状记忆高分子材料的研究进展摘要：本篇文章首先简述了形状记忆高分子材料的记忆机理，然后综述了形状记忆高分子材料的分类、制造原料、应用现状及展望应用前景。

关键词：形状记忆高分子；高分子材料；分类；应用；发展趋势1.概述形状记忆高分子(Shape Memory Polymer，简写为SMP)在特定条件下具有特定的形状，随外部条件的变化，其形状相应地改变并固定。

当外部环境再一次规律性地变化时，SMP便恢复到初始态。

至此，SMP循环完成记忆初始态——变形固定态——恢复初始态。

促使SMP完成上述循环的外部条件有热能、光能、电能、声能等物理因素和酸碱度、螯合反应、相变反应等化学因素[3-4]。

形状记忆高分子或形状记忆聚合物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，与其他功能材料相比，原料充足，品种多，回复温度等条件范围宽；形变量大，质轻耐用，易包装运输，应用范围广泛；易加工，易赋形，能耗低；价格便宜，仅是金属形状记忆合金的1％；耐腐蚀，电绝缘性强，保温效果好[4]。

2.SMP的记忆机理形状记忆高分子材料(SMP)的记忆机理，可以从分子结构及其相互作用的机理方面加以解释。

1989年，石田正雄认为，具有形状记忆性能的高分子可看作是两相结构，即由记忆起始形状的固定相和随温度变化能的可逆的固化和软化的可逆相组成。

可逆相为物理铰链结构，而固定相可分为物理铰链结构和化学铰链结构，以物理铰链结构为固定相的称为热塑性SMP，以化学铰链结构为固定相的称为热固性SMP[1]。

徐修成认为固定相的作用是对于成形制品原始形状的记忆与回复，而可逆相的作用则是形变的发生与固定。

固定相可为聚合物的交联结构、部分结晶结构、超高分子链的缠绕等结构。

可逆相可以是产生结晶与结晶熔融可逆变化的部分结晶相，或发生玻璃态与橡胶态可逆转变(玻璃化温度，Tg)的相构。

在高分子形状记忆材料中，由于聚合物分子链间的交联作用，这就是材料中固定相的作用束缚了大分子的运动，表现出材料形状记忆的特性。