形状记忆高分子
形状记忆高分子材料
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。
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
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的设计原理及制备
目前生产量最大的是交联聚乙烯 类形状记忆聚合物，它已被广泛应用 于电线电缆，化工管道的连接与保护， 在仪表保护，家用电器等领域也有应 用。
聚氨酯类SMP
由芳香族的二异氰酸酯与具有一定分 子量的端羟基聚醚或聚酯反应生成氨基甲 酸酯的预聚体，在用多元醇如丁二醇等扩 链后可生成具有嵌段结构的聚氨酯。
70年代至今 交联聚烯烃类 形状记忆聚合 物广泛应用于 电线电缆，管 道的接续与防 护，至今F系 列战斗机，波 音飞机上的电 线接续与线挽 仍在广泛使用 这类记忆材料。
形状记忆材料可通过热、化 学、机械、光、磁或电等外加刺 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 。
目前具有形状记忆功能的聚合物 基复合材料的研究等方面仍有很多工 作要做。但随着研究的进一步深入， 形状记忆聚合物的性能会不断提高， 成本会不断降低。形状记忆聚合物作 为一种新型的功能高分子材料必将在 汽车，电子，化工，包装，玩具，日 用品等领域等到更广泛的应用，并产 生良好的经济效益和社会效益。
化学感应型SMP
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。
据其组成可分为： 交联聚烯烃类SMP 聚氨酯类SMP 聚酯类SMP
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。
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。
形状记忆高分子聚合物
形状记忆高分子聚合物形状记忆高分子聚合物，听起来就像是科幻电影里的玩意儿，但其实它跟我们日常生活中有很多的联系，真的是个神奇的东西呢！想象一下，你有一件衣服，放久了竟然变形了，结果只要你把它放到热水里，它又恢复成原来的样子，简直就像变魔术一样。
这种神奇的能力可不是靠魔法，而是靠形状记忆高分子聚合物的“聪明才智”。
这种高分子聚合物就像一个不怕变化的小孩子，随时准备应对生活的各种挑战。
它们在特定条件下能改变形状，遇热就“醒过来”，恢复原状。
生活中有很多例子，比如医疗行业的支架和导管，它们在体内能够根据需要变化形状，简直就是救命的好帮手。
你说，这样的材料，不就是我们生活中的“千面小生”吗？再说说我们的日常用品，像是手机壳、运动鞋的材料，这些也常常用到了形状记忆高分子。
想想你那双跑步鞋，刚买来的时候，特别舒适，结果穿着穿着就变形了。
可是现在有了这些材料，鞋子可以随着你的脚型变化，瞬间舒适又合脚。
这种感觉，简直就像是给你的脚量身定做，绝对是“量体裁衣”的最佳典范。
说到这里，肯定有小伙伴要问，为什么这些高分子聚合物能这么厉害呢？其实它们的结构就像个复杂的网，里面有很多“小家伙”在默默工作。
这些“家伙”在温度变化时会发生排列变化，导致材料的形状跟着变化，简直就像是个小舞者，随时准备展示华丽的舞步。
你看看，这样的材料真的很有趣，不是吗？形状记忆高分子聚合物在生活中还有很多应用。
比如说，想象一下有一天你走在街上，突然下雨了，你的伞打开的那一瞬间，居然自己就能自动调整到最佳的角度，保护你不被淋湿，哇，这种感觉简直太爽了！生活中有这样的科技，真是让人觉得无比幸福。
形状记忆高分子聚合物在时尚界也越来越受欢迎。
设计师们喜欢把它们融入衣服和配饰中，制造出独特的效果，既时尚又实用。
你能想象吗？一件裙子能根据你的心情变换形状，那简直是“随心所欲”的梦想成真！让人爱不释手，穿上它就像是个行走的时尚潮流。
再加上这些材料的强度和韧性都非常不错，所以它们还被应用在航空航天等高端领域。
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
• 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
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。
形状记忆陶瓷 第四节 形状记忆高分子
2
• 右图：在Ｔ＞Ms（＝－3l℃） 应力诱发马氏体相变： 第一步：在室温下施加应 力，试样先发生弹性变形， 接着在近乎恒定的应力下 发生流变． 第二步：卸载，卸载后弹
性变形消失而塑性变形被
保留下来． 第三步：加热到Af以上， 试样从60℃开始逆转变， 到200 ℃逆转变结束，随 逆转变的完成，变形也随 之消失．
200 ℃ 逆 转变结束
60℃开始 逆转
通过这三步实现形状记忆．
图4-22
ZrO2-12％CeO2的形状记忆过程
3
•
与形状记忆合金相比，陶瓷形状记忆效应有如下差别： – 相变热滞较大 – 形状记忆变形量较小
– 每次记忆循环中都有较大的不可恢复变形．随循环次数增加，累积变形 增加，最终导致裂纹产生．
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下图：热塑性SMP的形状记忆原理．过程如下： (1) 热成型加工：将颗粒状树脂加热融化，使固定相和软化相都处于软化状态， 然后成型并冷却，固定相硬化，可逆相结晶. 如图4-23(1)、(2)、(3)所示. (2) 变形：加热至可逆相结晶熔化、固定相仍保持硬化的温度，施加外力使可 逆相的分子链被拉长，材料变为B形状. 如图4-23(4)、(5)所示. (3) 冻结变形：在外力作用下, 保持B形状的同时进行冷却，可逆相结晶硬化， 卸载后仍保持分子链被拉长的B形状．如图4-23(6)所示. (4) 形状恢复：再加热到可逆相结晶熔化温度，由于固定相的作用，可逆相的 分子链回复到变形前的形状(4) ．冷却到可逆相结晶硬化的温度以下，材料回 复到原形A形状(3) ．如图4-23(7)、(8)所示. B形状 变形 A形状 热成型加工
(二)苯乙烯－丁二烯共聚物 • 固定相：聚苯乙烯；可逆相：聚丁二烯，熔融温度60℃ ．
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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。
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(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
形变常落后于应力的变化，当应力达到最大值是， 形变尚未达到最大值，当应力变小时，形变才达到最 大值，这就使人们有时间将形变有效的冻结起来。例 如将一个赋型的高分子子材料加热到高弹态，并施加 应力使高弹态产生形变，在应力未达到平衡时，使用 骤冷的方式是高分子链结晶或变到玻璃态，这尚未完 成的可逆形变必然以内应力的形式被冻结在大分子链 中。如果将高分子材料在加热到高弹态，这是结晶部 分熔化，高分子链段运动重新出现，那么为完成的可 逆形变将在内应力的作用下完成。在宏观上就导致材 料自动恢复到原来的状态，这就是形状记忆效应的本 质。
PCG发生光异构化反应，使分子链的状态发生 显著的变化，在宏观上材料表现为光致形变； 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，材料也恢复原状。该材料 可作印刷材料，光记录材料药物缓释剂等。 (4) 化学感应型SMP 是利用材料周围介质性质的变化来激发材 料的变形和形状回复。常见的化学感应方式有 pH值的变化，平衡离子置换，螯合反应，相 转变反应和氧化还原反应等。该材料用于蛋白 质或酶的分离膜，“化学发动机”等特殊领域。
（3）分子链的形态变化
以结构单元的形式存在于分子链的主链和支链中 PCG在高分子材料 中的存在方式 作为交联剂以共价键连结分子链
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 态变化有5种方式。 （1）通过分子链侧链上PCG之间的相互作用在光照前后的可逆变化 实现的。
4 形状记忆聚合物材料必须具备的条件： a：具有比例适当的结晶和无定形的两相结构； b：在Tg或Tm以上的较宽温度范围内呈现高弹 态，并具有一定的强度； c：在较宽的环境温度条件下具有玻璃态 ，保 证在贮存状态下的冻结应力不会释放。 例如天然橡胶等弹性体，因其在使用温度 环境下已呈高弹态，而无法冻结并保持其拉伸 后的应力，因而不能作为形状记忆材料而只能 作为弹性体使用。
高分子材料具有记忆效应的先决条件是由链段运动所产生的高弹 形变。 在玻璃态状态中，分子链段是冻结的，表现不出记忆效应。 当T升高到玻璃态化温度以上时，运动单元得以解冻，开始运动， 受力时，链段很快伸展开来；外来去除后，又恢复形状，表现出 记忆效应。 高弹形变是靠大分子构象的改变来实现的，当构象的德改变 跟不上应力的变化的速度输则出现滞后现象
因此，要取得理想的形状记忆高分子材料， 在今后的研究工作中，应充分运用分子设计技 术及材料改性技术，努力提高材料的形状记忆 性能及综合性能，开发更多的品种。在完善热 致SMP的过程中，同时研究实用的光致感应型 和化学感应型，以满足不同的应用要求。
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5 热致感应型形状记忆高分子 物理交联结构 （1） 固定相
热致感应SMP 的相结构 化学交联结构
热塑性SMP
热固性SMP 结晶态
可逆相（物理交联结构） 玻璃态等
（2）热致感应型SMP的形状记忆原理 以热塑性的SMP为例，如下图所示。
（3）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。 热致型SMP与SMA（形状记忆合金），SMP具有如下特征: (a) SMP形变量较高，形状记忆聚氨酯和TPI均高于400%； (b) SMP的形状恢复温度可以通过化学方法调整； (c) SMP的形状恢复应力一般均比较低，在9.81~29.4MPa； (d) SMA的重复形变次数可达104数量级，而SMP仅稍高于5000 次，故SMP的耐疲劳性不理想。 (e)目前SMP仅有单向记忆功能，而SMA已发行了双向记忆和全方 位记忆功能。
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形状记忆 分子（SMP）
目录
1 2 3 4
形状记忆高分子简介 高分子的形状记忆特性及基本原理 形状记忆高分子的类别及应用 展望
一 形状记忆高分子的简介
热收缩套管
紧固பைடு நூலகம்钉
容器衬里
形状记忆高分子（shape momory polymer SMP ）是一种新型的功能高分子材 料，它同时具有塑料和橡胶的特性。SMP就是 运用现代高分子物理学理论和高分子合成改性 技术，对通用高分子材料进行分子组合和改性 获得的一类高分子材料，聚乙烯，聚异戊二烯， 聚酯，聚酰胺，聚氨酯等高分子材料进行分子 设计及分子结构的调整，使它们在一定的的条 件下，被赋予一定的形状（起始态）。如果外 部环境以特定的方式和规律再次发生变化，它 们便可逆的恢复起始态。
即完成：
记忆起始态 固定变形态 恢复起始态
的循环。促使SMP完成上述循环的外部条 件有热能，光能，电能和声能等物理因素 以及酸碱度，螯合反应和相转变反应等化 学因素。所以根据实现记忆功能的条件不 同，SMP分为热致SMP，光致SMP，电致 SMP，化学感应SMP四种。
二 形状记忆高分子的分类
(1) 热致SMP 是一种在室温以上变形，并能在室温固定 变形且可长期存放，当升温至某一响应温度时， 制件能很快回复初始形状聚合物。广泛用于医 疗卫生，体育运动，建筑，包装等领域。
6 光致感应型形状记忆高分子 （1）原理 当受到光照射时，PCG（光致变色基团）发生异 构化反应并将这种变化传递给分子链，使分子链的状 态发生显著的变化，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 的形态相应地回复，材料恢复原状。 （2）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yanj较多的好 似偶氮苯基团，苯并螺吡喃及三苯甲烷无色衍生物等 的基团反应，如：
7 化学感应型形状记忆高分子 某些高分子材料在化学物质的作用下，也具 有形状记忆现象。常见的化学感应反式有pH 值的变化，平衡离子置换，螯合反应，相转变 和氧化还原反应等。
L L+ L L=（0.1~0.3）L
三 形状记忆高分子的类别及应用
1 形状记忆高分子的类别： 反式聚异戊二烯（TPI）,聚降冰片烯,苯乙烯-丁二 烯共聚物,聚氨酯,聚酯,交联聚乙烯,凝胶体系等。 形状记忆TPI的形状回复温度基本上由TPI的熔点 所决定，但只要调节填料，交联剂，环烷烃油类的添 加量，便可以再一定的程度上控制形状回复温度甚至 成型制品的硬度。形状记忆TPI具有形变量大，加工成 型容易，形状回复温度可以调整，耐溶剂行好，耐酸 碱，高度的绝缘性，极好的耐寒性及耐臭氧性等优点。 可望在土木建筑，机械制造，电子通讯，印刷包装等 更多领域开辟潜在的用途。
（2）光致变色低分子化合物与某种高分子构成 的混合体系经光照射后，由于低分子化合物同 分子链之间的憎水作用发生变化而导致的形状 记忆现象。
（3）重复利用了分子链中PCG的顺式-反式异构 化反应，紫外光的照射通常使材料收缩。
（4）引入TLD的分子链在光照射时离解出正电荷，分子 链相互排斥，材料一般表现为伸长。
2 形状记忆高分子的应用 （1）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。 这种管子安装方便快捷，且性能可靠，质轻价廉，主 要用于绝缘，密封，防腐等方面，如高压电线，电缆 的连接；输气输油管道的防腐等。 （2）容器外包及衬里 用形状记忆TPI做容器的外包层的步骤： A: 将记忆树脂成型为筒状； B：加热并施加外力使其变形为容易印刷的扁平状，冷却 固化后印刷； C：在加热扩大管径，冷却固化后套在容器上； D：最后加热使其在无外力作用下收缩而贴紧于容器上。
（5）引入螺苯并吡喃等侧链的高分子经紫外光照射时， 分子链极性的增加使得高分子-高分子，高分子—溶剂 的相互作用发生显著的变化，使材料收缩。光照停止 后，有恢复原状。