聚降冰片烯polynorbornene

Diverse applications: drug delivery, diagnostics, tissue engineering and ‘smart’ optical systems, as well as biosensors, microelectromechanical systems, coatings and textiles
1.3.1 分类
•
SMP记忆过程即完成：
记忆起始态 固定变形态 恢复起始态
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。
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•
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SMP 2）光致感应型SMP 3）电致感应型SMP 4）化学感应型SMP
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。
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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。
第九章
智能高分子材料
Stimuli-responsive polymers
感知
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。
温度 压力 湿度 位置 速度 加速度
电场 磁场 声 光辐射 化学辐射 生物环境 反 馈 系 统
环 境
响应 机械响应 液体运动 电流流动 物理性能 功率擦控制 化学行为 生理行为
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1.形状记忆高分子（SMP）概述
1.1 定义：

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。
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1.3 SMP分类及记忆原理
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智能高分子材料--记忆高分子材料

定义 反应过程 种类 应用
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记忆高分子材料
应力记忆高分子材料 形状记忆高分子材料 体积记忆高分子材料 色泽记忆高分子材料
A. Lendlein and S. Kelch. Angew. Chem. Int. Ed. 2002, 41, 2034 - 2057
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1.3.2 高ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ子的形状记忆过程和原理
1.形状记忆聚合物的相结构
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 结晶相 发生玻璃态和橡胶态可逆转变的 相结构
记忆起始形状的固定相
随温度变化能可逆地固化和软化的可逆相
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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
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智能材料应具有的或部分具有的生物功能




有反馈系统 有信息积累和识别功能 有学习能力和预见性功能 有响应功能 有自修复功能 有自诊断功能 有自动态平衡和自适应功能
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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




具有感知功能，可探测病识别外界（或内部） 的刺激强度 具有信息传输功能，以设定优化方式选择和控 制响应 具有对环境变换作出响应及执行的功能 反应灵敏恰当 外部刺激条件消除后能迅速回复到原始状态。
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智能金属材料 智能无机非金属材料
智能材料
智能高分子材料
优 点 多水平结构层次 较弱的分子间作用力 侧链易引入官能团 便于分子设计和精细控制 质轻易涂覆
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 实现环境响应
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智能高分子材料--智能高分子凝胶

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3.形状记忆过程
L
T>Tg或T>Tm 变形
L+L’
T<Tg或T<Tm 固定 L’：变形量
L+L’
T>Tg或T>Tm
L
恢复
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L：样品原长
2.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。
定义 体积相转变 制备 刺激响应性与分类 应用
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智能高分子凝胶
• 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。
• 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
图1 智能材料的感知功 能和执行功能
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Concept
Polymers undergo reversible conformational changes in response to external stimuli such as temperature, pH, light, electronic field, chemicals, and ionic strength, leading to dramatic changes in physicochemical properties (shape, surface characteristic, solubility, formation of an intricate molecular selfassembly, or a sol-gel transition) of both materials and single molecules.
高分子凝胶的三 维网状结构
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智能高分子凝胶的刺激响应性与分类
刺激响应性 物理刺激
温度 光 压力 电场
分类
刺 激

化学刺激
pH 生化 盐
pH响应性凝胶 生化响应性凝胶 盐敏凝胶
温度响应性凝胶
化学、相分离、形状、 响 表面、渗透性、机械强度 应 光、电
光响应性凝胶 压力敏感性凝胶 电场响应性凝胶