选择性激发远程控制聚合物自折叠薄膜文献综述

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：

文献综述

一，1.形状记忆聚合物原理。

形状记忆聚合物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。

从分子结构及其相互作用的机理方面来看，可将形状记忆聚合物看作是两相结构，即由记忆起始形状的固定相、随外界条件变化能发生可逆固化和软化的可逆相组成。

固定相使成形制品可以保持原始形状记忆与回复的能力，而可逆相则能使形变发生并锁定在临时形状，2者共同作用使材料具有了形状记忆的能力。固定相一般是聚合物的交联结构、部分结晶结构或超高分子链的缠绕结构等；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的相结构。在高分子形状记忆材料中，由于聚合物分子链问的交联作用，即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。以热致形状记忆聚合物为例，由于可逆相在转变温度(Tg)会发生软化一硬化可逆变化，当在Tg以上时，材料变为软化状态，在外力作用下分子链段取向改变，使材料变形；而当材料被冷却至Tg以下时，材料硬化，分子链段的微布朗运动被冻结，改变取向的分子链段被固定，使得材料定型；当成形的材料再次被加热时，可逆相结晶熔融，材料发生软化，分子链段取向逐渐消除，材料又恢复到了原始形状，从而完成一次记忆循环过程。

2. 形状记忆聚合物应用。

由于形状记忆聚合物自身的优异性能，它在许多工程领域具有巨大的潜在应用价值和前景。近年来，形状记忆聚合物在生物医学领域、空间展开结构以及纺织品等方面的应用成为新的研究的热点。

2.1形状记忆聚合物在航天领域的应用

受航天器尺寸的限制，大型的空间可展开结构如天线、太阳能电池阵、桁架等结构在发射前通常要进行折叠，在轨工作后需展开以达到工作状态。因而，形状记忆聚合物这种具有大变形特点的材料在空间可展开结构领域显示出巨大的应用潜力，近年来，这方面的研究已经取得一定的进展。美国Composite Technology Development(CTD)公司研究了折叠式展开铰链，铰链的结构如图所示，这种铰链可实现多组驱动。

这些形状记忆聚合物结构在发射前使其处于卷曲状态或压缩状态，发射到达空间应用环境后，施加刺激驱动形状记忆聚合物材料发生形状回复，以达到驱动整个器件展开展开的目的。这些主要是利用形状记忆聚合物材料质量轻、形变能力大，从而发射成本低的特点来降低器件发射前的占用空间、并增加其展开半径。

2.2形状记忆聚合物在生物医学领域的应用

生物医学领域也是形状记忆聚合物应用研究一个热点。通过结构设计，使形状记忆聚合物具有生物降解性能，并用来制造各种医疗器械，Lendlein与Langer制造了一种具有生物降解功能的形状记忆聚合物纤维。这种纤维可以被拉伸并固定于拉伸后临时形状，使用时，将其松散的缝合住伤口，而后加热并超过其临界温度，回复初始形状使伤口缝合，其具体过程如图所示。

形状记忆聚合物可用来制作各种医疗器械，如实现血管中血液凝块清除功能的形状记忆聚合物微驱动器、可以探测脑部损伤的神经探针驱动器，以及针形的肾脏透析器。这主要是应用了形状记忆聚合物的记忆效应，通过预变形与形状回复达到减小伤口创面、加快康复速度以及减少人体后期损伤的目的。

二，形状记忆聚合物的远程激发

根据刺激响应条件的不同，SMP大致可分为热致感应型、磁致感应型、电致感应型、光致感应型和化学感应型等。由于温度场便于控制、应用范围广，目前热致感应型SMP研究较多；但在某些特殊情况下，如为避免造成周围组织的损伤，对置入人体内某一特定部位的SMP进行调控时需利用其他外场（如光、电、磁及pH等）的刺激。

1. 磁致感应型

大部分SMP只能在一种暂时的形态和永久形态之间循环，即双元的形状记忆效应。这是因为此类聚合物只有一个形状记忆转变点，如玻璃化转变、熔点转变等。但如果加上一种化学或者物理条件来限制其形状记忆转变，那么形状记忆聚合物就可以在两种暂时的形态和一种持久的形态间转变，即三元形状记忆作用。2011年He等制备了一种三元SMP复合材料，包括纯SMP部分、CNT填充部分以及Fe3O4填充部分，根据CNT和Fe3O4对电磁波具有不同的频率响应而产生阶段形变回复。当将样品放置在13．56 MHz的射频场时，只有SMP／CNT部分有响应，因而也只有该部分可实现形变回复；当将射频频率调至296 kHZ时，SMP／Fe3O4部分可吸收射频能量，产生此段部分形状记忆；最后在烘箱中加热，纯SMP部分形变回复。通过这个过程，可以得到3种暂时的形变，而且这种选择性驱动的多种形变回复方式的精确控制都很容易实现。

2. 光致感应型

光致SMP能通过光照生热而不需升高环境温度来诱发形变。为了增强光致热效应，SMP组成颗粒的分子结构起到了关键性作用。例如，激光PU医疗设备需要填充一些纳米颗粒如导热陶瓷、炭黑或CNT，吸收光产生热效应，从而实现形状记忆功能。另外，这些纳米颗粒填料还能提高原SMP材料的刚度和应变回复水平。例如，对于PU／CNT形状记忆材料，由于CNT在光致热效应下与PU柔性转变部分的结晶协同作用，材料的形状回复率可以达到100％，但如果使用炭黑材料则限制了PU的形状，回复率仅为25％～30％

3．电致感应型

近年来，研究人员将导电填料添加到形状记忆聚合物基体中制得了各种电致型形状记忆聚合物复合材料，这些材料可以通过电流生热使体系温度升高，实现形变回复。2005年，Cho等制备了聚氨酯（PU）／多壁碳纳米管(MWCNT)复合材料，该复合材料展示出非常好的电致形状记忆功能，加入5％(质量分数)的MWCNT可使形变后的PU在40 V电压下10 S内回复到原状。

三．总结

形状记忆聚合物具有感应温度低、价廉、易加工成型、适应范围广等特点,因此,近年来受到了人们广泛的关注,并在形状记忆聚合物的品种开发、应用等方面取得了很大的进展。但尚存在着许多不足之处,如形变回复力小、回复精度不高、且为单向记忆等,因而在形状记忆聚合物的分子设计、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许多重要工作可做。在应用开发方面的工作也还不够,除了辐射交联 P E 等少数品种的形状记忆聚合物大批量地生产和使用之外,其它品种的使用仍较少,还有待进一步的市场开发。

参考文献

[1] 叶玉婷，孟凡成，张骁骅，李清文.碳纳米管在形状记忆聚合物中的应用研究进展. 材料导报.2012,26(23):55~59

[2] 张晶晶，张香兰，王一龙，马永梅，曹新宇，王佛松. 磁场响应形状记忆聚合物复合材料的研究进展.石油化工.2012,41:230~234

[3] 朱光明. 形状记忆聚合物的发展及应用.2002,03:61~63

[4] 郭瑞斌，胡惹惹，李莉，孟劭聪，莫尊理. 形状记忆聚合物及其应用.化学教育.2014,16:1~5

[5]张大伟. 苯乙烯形状记忆聚合物及其光、磁驱动特性的研究.2011,3:1~114

[6] 加藤顺．功能性高分子材料．北京：中国石化出版社，1987：130~134

[7] 陈辉玲，童德文，曹新宇，等．中国材料进展，2011，30 (11)：40~45

[8] 垄，朱光明，唐玉生．电致型形状记忆聚合物复合材料的研究进展．材料导报：综述篇，2011，25(7)：9

[9]Behl M，Lendlein A. Actively Moving Polymers . Soft Matter，2007（3）：58 ~67

[10] Hu J L，Lu J．Adv．Sci Technol，2013，80(30)：30~38