形状记忆聚合物

摘要： 背景:随着科技的不断发展3D生物打印已经成为组织工程学的重点研究领域,然而目前仍存在一些局限性无法解决。4D生物打印是最新兴起的一种技术,它成为了组织工程下一代的主要解决手段。目的:根据不同形状转变原理而分别介绍4D生物打印的材料和方式,探讨4D生物打印在组织工程中的应用以及目前面临的挑战。方法:以"4D bioprinting,4D biofabriation,printing,smart materials,smart scaffold,shape memory polymers,tissue engineering"或"4D生物打印,4D生物制造,打印,智能材料,智能支架,形状记忆聚合物,组织工程"等作为检索词,应用互联网在CNKI、PubM ed、SCIE数据库检索2016-01-01/2021-01-01发表的相关文献共127篇,经过第一作者筛除并追加收录优质参考文献,共纳入106篇文章进行综述分析。结果与结论:(1)4D生物打印是最新兴起的一种技术,它将时间的概念和3D生物打印相结合作为第四维度,4D生物打印能够制造复杂的具有功能性的结构;(2)它可以通过使用智能材料制作动态的三维生物结构,这些结构可以在各种刺激下改变形状;(3)印刷细胞结构的功能转变和成熟也被认为是4D生物打印其中的一种形式;(4)该技术为组织工程提供了前所未有的潜力,虽然该技术在生物医学领域备受瞩目,但由于其尚处于兴起阶段,若想实现临床应用还需要更多的研究和发展。

摘要： 背景:随着科技的不断发展3D生物打印已经成为组织工程学的重点研究领域,然而目前仍存在一些局限性无法解决.4D生物打印是最新兴起的一种技术,它成为了组织工程下一代的主要解决手段.目的:根据不同形状转变原理而分别介绍4D生物打印的材料和方式,探讨4D生物打印在组织工程中的应用以及目前面临的挑战.方法:以"4D bioprinting,4D biofabriation,printing,smart materials,smart scaffold,shape memory polymers,tissue engineering"或"4D生物打印,4D生物制造,打印,智能材料,智能支架,形状记忆聚合物,组织工程"等作为检索词,应用互联网在CNKI、PubMed、SCIE数据库检索2016-01-01/2021-01-01发表的相关文献共127篇,经过第一作者筛除并追加收录优质参考文献,共纳入106篇文章进行综述分析.结果 与结论:①4D生物打印是最新兴起的一种技术,它将时间的概念和3D生物打印相结合作为第四维度,4D生物打印能够制造复杂的具有功能性的结构;②它可以通过使用智能材料制作动态的三维生物结构,这些结构可以在各种刺激下改变形状;③印刷细胞结构的功能转变和成熟也被认为是4D生物打印其中的一种形式;④该技术为组织工程提供了前所未有的潜力,虽然该技术在生物医学领域备受瞩目,但由于其尚处于兴起阶段,若想实现临床应用还需要更多的研究和发展.

摘要： 随着现代导弹技术的发展,对发动机性能要求越来越高,装填比要求也更高,采用常规装药结构已经满足不了总体需求。为了满足总体要求,开展了基于形状记忆聚合物固体发动机装药芯模试验研究,利用形状记忆聚合物的形状记忆效应,把形状记忆芯模固化为容易脱模的形状。然后,将其加工成需要固化的形状,涂上合适的脱模剂以后作为推进剂芯模使用,推进剂固化完成后,对芯模进行热刺激,则芯模会回复成之前容易脱模的形状,从而自行脱模。采用变形量50%和100%形状记忆聚合物芯模进行了假药和真药装药试验与点火实验,芯模成功脱模,装药内型面良好,并进行了∅118 mm试验发动机点火。试验结果表明,采用形状记忆聚合物芯模可以实现复杂异性药形设计,从而拓宽了发动机装药形式,提高了装填比,为药形设计提供了一种新的制备工艺。

摘要： 与常见的液晶弹性体、介电弹性体和水凝胶等具有单一的膨胀、收缩和弯曲变化的形状可编程软材料相比,形状记忆高分子能够被灵活编程得到多样化的几何形状,且形状变化过程具有高度复杂性,成为智能可编程软材料研究领域的热点。形状记忆高分子是指能够感知外界环境变化的刺激(如温度、光、电、磁、pH、离子和水等)并响应这种变化,对其自身状态参数(如形状、位置、应变和应力等)进行调整,从而回复到预先设定状态的一类高分子材料。形状记忆高分子因具有可回复形变量大、响应温度便于调节、刺激响应方式丰富、材料属性多样化(热固性、热塑性、热适性和水凝胶)、形状记忆效应种类多(双形、多形、双向可逆、温度记忆和应力记忆)、赋形容易和可降解等特点,在生物医学、智能纺织品、航空航天、柔性电子等领域都展示出极为广阔的应用前景。其中热驱动形状记忆聚合物是目前研究最深入、应用最广泛的一类形状记忆高分子。但是热驱动方法需要对材料直接进行加热以实现形状记忆效应,限制了其在生物医学、航空航天和柔性电子等不能采用直接加热而实现驱动的体内环境或外空间环境领域的应用。为此,具有远程控制驱动的光、电和磁响应特性的形状记忆聚合物得到广泛发展,大大拓宽了形状记忆聚合物在屏蔽环境和非接触环境中的应用范围。然而,对于光响应性形状记忆聚合物,由于光线的穿透能力有限且不能辐照屏蔽的区域,其应用范围有限;对于磁响应形状记忆聚合物,目前具有磁场响应的材料种类非常少,而且需要专门产生磁场的装置,其应用和研究受到一定的限制。目前由于导电材料、随处可用的电源、人工肌肉、柔性电子、软体机器人和传感器等新兴领域中电刺激响应材料的广泛应用,使得电刺激响应形状记忆聚合物深受研究者关注。本文详细综述了电刺激响应形状记忆聚合物复合材料的设计制备方法、类型、导电性能、电驱动形状记忆性能和应用,最后概述了电刺激响应形状记忆聚合物材料存在的问题并展望了其未来发展方向。

摘要： 1前言聚氨酯全称“聚氨基甲酸酯”,由于其优异的稳定性、耐化学性、回弹性和力学性能,属于一种应用广泛的工程塑料。随着科技发展,人们对智能材料、自修复材料、形状记忆材料需求与日俱增。形状记忆聚合物能够对光、热、电、溶剂等外界刺激进行相应反馈,通过改变分子内部及分子间的化学交联或物理交联方式发生可逆的形状转变,在医学材料、高级涂料、航空航天、智能药物等方面具有较大发展潜力。

摘要： 利用温度触发型的形状记忆材料制备温控膨胀堵漏剂,以实现堵漏液在裂缝中感应温度下的膨胀架桥。探讨了基于形状记忆聚合物型的温控膨胀堵漏剂制备工艺技术,利用低聚物树脂单体与不同高温交联剂在催化剂作用下,经不同温度和时间加热交联固化,脱模后热压成型以储备形变记忆功能,冷却后造粒制得。温控膨胀堵漏剂SDP,该堵漏玻璃化激活温度可调,粒径可调,抗拉强度大,高温高压膨胀量较大,在150°C、20 MPa老化后D_(90)粒度增长率为44.71%~54.17%,能自适应裂缝架桥堵塞,经挤压变形,能够提高堵漏液的滞留能力和承压能力。

摘要： 将不同片层大小的氧化石墨烯(GO)通过电纺丝方法掺杂到左旋聚乳酸/聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(PLLA/PHBV)形状记忆复合纤维中形成GO@PLLA/PHBV复合纤维膜。通过拉曼光谱(Raman)、场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)及差示扫描量热(DSC)等对复合纤维膜的形貌、结构和热性能进行了表征。采用动态热机械分析(DMA)、形状回复应力测试及光热升温实验分析了复合纤维膜的形状记忆性能。通过细胞增殖和成骨分化实验检测GO片层大小对复合纤维膜的成骨诱导作用。结果表明,小尺寸GO(sGO)的掺入对PLLA/PHBV复合纤维膜的力学增强及形状回复效果最为显著,可使拉伸杨氏模量提高约124%,形状回复应力增大约29%,形状回复率增大约47%,热响应速率提高约30倍;但在成骨诱导方面,掺入大尺寸GO(lGO)的PLLA/PHBV复合纤维膜则具有最优的成骨诱导性能,使骨髓间充质干细胞(BMSCs)中的碱性磷酸酶(ALP)分泌量提高了92%,钙沉积提高了133%。

摘要： 作为一种典型的智能材料,形状记忆聚酰亚胺(Shape Memory Polyimide,SMPI)因其优异的高温形状记忆效应和做功能力,在航空航天和智能光电等尖端领域展示了广阔的应用前景。本实验通过设计一种简单、有效的装置实现无水无氧条件,以1,3-双(3-氨基苯氧基)苯与4,4’-氧代双邻苯二甲酸酐为原料合成聚酰胺酸前驱体,采用梯度升温法制得SMPI。通过凝胶色谱、红外光谱、动态热机械分析和热重分析等方法对产物进行表征。所得SMPI呈现优异的形状记忆效应,高温下可推翻超过自身重量11.93倍的金属板,具有良好的做功能力。本实验涵盖了高分子化学合成、产物结构表征、力学性能测试及应用,具有较强的综合性;此外,实验现象稳定、重现性好,适合本科实验教学。通过模拟“天问一号”红旗的展开,激发学生科研兴趣,培养创新思维,提高综合素质;同时让学生领略到中国航天的独特风采,增强民族自豪感。

摘要： 形状记忆聚合物(SMP)和可自修复聚合物(SHP)作为“智能”聚合物的代表,成为了本领域最具有活力的研究方向,其中光感型SMP与SHP受到了工业界与学术界的广泛关注。综述了光感型SMP和SHP的基本原理,并通过近年来最重要并有代表性的文献报道,对该类型聚合物按照可逆光化学反应型SMP、光热型SMP、光致二聚化反应型SHP、光致交联反应型SHP以及双功能型SMP/SHP进行分类。

摘要： 形状记忆聚合物因质量轻、形变量大、性能可控、结构设计性强等优点,其相关的基础前沿研究和潜在的应用开发一直是研究者不断探索的焦点。为满足复杂环境领域(高低温、强辐射、真空等)对形状记忆聚合物的应用需求,近年来研究者开展了高温形状记忆聚合物的研究,并取得了阶段性的研究成果。本文总结了近年来高温形状记忆聚合物的最新研究进展,并对其类型、机制、调控方法及典型应用进行了阐述和分析,最后对高温形状记忆聚合物的未来发展趋势及挑战进行了总结和展望。

摘要： 形状记忆聚合物是一种智能材料,能够通过外部的刺激,比如温度改变,使得其能够从变形状态(临时形状)恢复到初始状态(永久形状).本文利用三维本构模型的有限元方法模拟了形状记忆聚合物的多孔平板的热机械行为和形状记忆效应.讨论了加载位移的大小对形状恢复的影响.形状记忆聚合物多孔平板的形状记忆过程包括高温加载、温度降低、低温卸载和随着温度的升高初始形状逐步恢复.计算结果展示了复杂形状记忆聚合物结构的热机械变形行为.

摘要： 形状记忆聚合物是一种可以响应外界刺激,并调整自身力学参数,从而回复预先设定形状的一种智能材料,它在自动化、包装材料、微/纳来电子机械等领域具有优越的应用价值。为了进一步拓展形状记忆材料的实际应用范围,满足一些特殊领域(如航空航天、生物医学)的功能化要求,弥补材料单一形状记忆功能所造成的不足,多功能形状记忆聚合物愈来愈受到材料科学家的青睐。本文概述了多功能形状记忆聚合物增加的大致原理及方法,综述了目前多功能形状记忆聚合物的研究进展,包括具有优良热学、力学、光学、电学、磁学、生物学功能的形状记忆聚合物,最后展望了多功能形状记忆聚合物的发展前景。

摘要： 形状记忆聚合物作为一类新型功能材料,近年来受到高度重视。本文利用分子动力学方法,针对三种具有不同固化剂含量的形状记忆环氧树脂热力学性质进行了数值模拟,得到了各自临界转变温度和不同温度下的应力～应变曲线等,相关结果与宏观实验数据进行了比较。在此基础上,从分子结构变化角度对其形状记忆效应和热力学性质进行了描述。

摘要： 形状记忆聚合物(shape memory polymer,简称SMP)是一种新型的智能材料，该类材料通过某种激励模式能够保持多种临时形状，并且当材料再次受到外界激励时能够回复到其永久变形的形状。本文主要研究了以环氧树脂为基体制备出的多种SMPs材料，探究了此类材料的热-机循环加载和应力松弛等黏弹性现象，为进一步讨论这类形状记忆聚合物的热力学本构模型提供实验参考。

摘要： 形状记忆聚合物作为一类新型功能材料，近年来受到高度重视。由于SMP形状固定和回复是通过特定热力学过程实现的，了解其热力学特性是保证这类材料功能实现的基础，但目前相关热力学性能研究均是基于宏观实验得到的。本文利用分子动力学方法，针对三种具有不同固化剂含量的形状记忆环氧树脂热力学性质进行了数值模拟，得到了各自临界转变温度和不同温度下的应力-应变曲线等，相关结果与宏观实验数据进行了比较。在此基础上，从分子结构变化角度对其形状记忆效应和热力学性质进行了描述。

摘要： 对12组2.5mm厚的形状记忆聚合物(shape memory polymers,SMP)材料在16°C、40°C、50°C、60°C下进行了不同应力下的徐变试验.先就各温度下的徐变现象进行了试验分析,对40°C、50°C、60°C试验数据采用对数拟合,分析了参数随试验条件的变化规律,并得出玻璃化转变温度附近考虑加载应力和温度的函数关系式,用以描述SMP在不同温度和应力下的徐变性能,该函数关系式对后续分析SMP力学性能和长期荷载作用下结构性能有重要作用.试验和分析结果表明,SMP的徐变特性随加载应力的增大和温度的升高而明显增大,且呈非线性关系.

摘要： 形状记忆聚合物(Shape Memory Polymers,简称SMPs)是一种具有形状记忆行为的高分子材料,在一定的条件下改变其初始条件并固定后,通过外界条件(如热、电、光、化学感应等)的刺激可恢复其初始形状.基于建立的三维SMP本构方程,采用有限元的方法对SMP蜂窝夹芯结构的弯曲和展开性能进行了建模和仿真,重点研究了该结构的高温加载,降温固形,低温卸载和升温恢复的形状记忆过程.结果表明:该本构方程和有限元方法能够有效地描述三维复杂应力状态下SMP蜂窝夹芯结构的形状记忆行为.

摘要： 基于建立的三维SMP本构方程,发展了一种适用于三维复杂应力状态下的SMP构件形状记忆效应数值分析方法。首先,基于建立的分段形式三维SMP热力学本构方程编写为可供ABAQUS求解器调用的用户材料子程序(UMAT);其次,通过单轴拉伸验证了推导出得三维SMP本构模型的有效性。

摘要： 形状记忆聚合物作为一种新型智能高分子材料,由于其具有大变形的能力,并具有潜在的生物相容性,可降解性等优势,受到了极大地关注.本文建立了形状记忆聚合物(SMP)的三维热力学本构模型.根据SMP工作机理,认为SMP工作过程中应变由弹性应变,粘性应变,热应变三部分组成,借鉴粘弹性对应原理,推导出了三维状态下SMP热力学本构模型.

摘要： 本文基于三维热力学本构方程编写相应的UMAT程序,采用有限元的方法分析了不同体分此增强相条件下,增强形状记忆聚合物复合材料在不同热载荷以及加载工况条件下的热力学响应。

摘要： 本发明提供了一种可4D打印氰酸酯形状记忆聚合物材料及其制备方法和氰酸酯形状记忆聚合物器件及其应用，涉及高分子聚合物材料技术领域。本发明提供的氰酸酯形状记忆聚合物材料包括以下质量份数的制备原料：氰酸酯40～50份，环氧树脂5～20份，N‑乙烯基吡咯烷酮20～40份，1,6‑己二醇二丙烯酸酯5～15份，阻聚剂1～3份，光引发剂1～4份。本发明实现了氰酸酯聚合物材料的形状记忆功能和可4D打印性，且由所述酸酯聚合物材料打印得到的氰酸酯形状记忆聚合物器件具有优异的力学性能，可在航空航天的可展开结构和智能模具中应用。本发明提供了所述氰酸酯形状记忆聚合物材料的制备方法，工艺简单、易操作，有利于规模化生产。

摘要： 本发明属于聚合物电解质技术领域，更具体地，涉及一种基于聚氨酯的形状记忆聚合物、聚合物电解质及制备。通过将聚氨酯交联剂、含二硫键的丙烯酸酯交联剂、聚乙二醇丙烯酸酯类单体和光引发剂在紫外光引发下，发生聚合反应得到具有形状记忆功能的聚合物；该聚合物中聚氨酯交联网络作为起始形状的固定相，聚乙二醇嵌段与交联网络结构中的聚氨酯链作为可逆相随温度变化分别发生熔融转变与玻璃化转变进而使所述聚合物可逆地固化或软化，从而获得具有较宽转换温度且能够在室温下固定形状的具有形状记忆功能聚合物，旨在解决现有技术聚合物电解质用于固定形状的转化温度过低(零下四十摄氏度)，不便于满足实际应用需求的技术问题。

摘要： 本发明涉及表面具有悬挂粘合剂聚合物链的形状记忆聚合物及其制备和使用方法，其中本发明的一个示例性实施方案包括接枝热塑生热熔粘合剂材料到形状记忆聚合物表面上。

摘要： 本发明公开了一种热适性形状记忆聚合物的形状记忆恢复方法，具体为，于玻璃化转变温度以上，将热适性形状记忆聚合物制备成记忆形状，然后加热保持，再降至室温，得到具有记忆形状的聚合物材料，完成热适性形状记忆聚合物的形状记忆；于玻璃化转变温度以上，将上述具有记忆形状的聚合物材料制备成临时形状，然后降至室温，得到具有临时形状的聚合物材料；将具有临时形状的聚合物材料加热至玻璃化转变温度以上，得到具有记忆形状的聚合物材料，完成热适性形状记忆聚合物的形状恢复。本发明适用于作为具有复杂三维立体原始形状的形状记忆聚合物使用，并实现了在加热刺激（高于玻璃化转变温度）条件下的自展开/自折叠功能，大大提高了形状记忆聚合物的适用范围。

摘要： 本发明公开了形状记忆聚氨酯和ABS树脂共混制备三重形状记忆聚合物的方法及其在3D打印上的应用，涉及多重形状记忆聚合物的制备及其在3D打印上的应用。本发明目的是为了制备一种可以用于3D打印的三重形状以及(记忆)聚合物，可以拓宽3D打印材料的范围。本发明利用SMPU和ABS树脂采用的溶液共混或者挤出共混制备三重形状记忆聚合物；其应用是挤出机中制丝，然后3D打印机打印出设计好的形状。本发明在飞机、汽车等的电子电路设备、电子线路的分束识别、报警装置的热敏元件、紧固销钉、组织工程等生物医学领域等方面的应用。

摘要： 本发明提供了一种可4D打印氰酸酯形状记忆聚合物材料及其制备方法和氰酸酯形状记忆聚合物器件及其应用，涉及高分子聚合物材料技术领域。本发明提供的氰酸酯形状记忆聚合物材料包括以下质量份数的制备原料：氰酸酯40～50份，环氧树脂5～20份，N‑乙烯基吡咯烷酮20～40份，1,6‑己二醇二丙烯酸酯5～15份，阻聚剂1～3份，光引发剂1～4份。本发明实现了氰酸酯聚合物材料的形状记忆功能和可4D打印性，且由所述酸酯聚合物材料打印得到的氰酸酯形状记忆聚合物器件具有优异的力学性能，可在航空航天的可展开结构和智能模具中应用。本发明提供了所述氰酸酯形状记忆聚合物材料的制备方法，工艺简单、易操作，有利于规模化生产。

摘要： 本发明属于聚合物电解质技术领域，更具体地，涉及一种基于聚氨酯的形状记忆聚合物、聚合物电解质及制备。通过将聚氨酯交联剂、含二硫键的丙烯酸酯交联剂、聚乙二醇丙烯酸酯类单体和光引发剂在紫外光引发下，发生聚合反应得到具有形状记忆功能的聚合物；该聚合物中聚氨酯交联网络作为起始形状的固定相，聚乙二醇嵌段与交联网络结构中的聚氨酯链作为可逆相随温度变化分别发生熔融转变与玻璃化转变进而使所述聚合物可逆地固化或软化，从而获得具有较宽转换温度且能够在室温下固定形状的具有形状记忆功能聚合物，旨在解决现有技术聚合物电解质用于固定形状的转化温度过低(零下四十摄氏度)，不便于满足实际应用需求的技术问题。

摘要： 本发明涉及表面具有悬挂粘合剂聚合物链的形状记忆聚合物及其制备和使用方法，其中本发明的一个示例性实施方案包括接枝热塑性热熔粘合剂材料到形状记忆聚合物表面上。

摘要： 本发明公开了一种热适性形状记忆聚合物的形状记忆恢复方法，具体为，于玻璃化转变温度以上，将热适性形状记忆聚合物制备成记忆形状，然后加热保持，再降至室温，得到具有记忆形状的聚合物材料，完成热适性形状记忆聚合物的形状记忆；于玻璃化转变温度以上，将上述具有记忆形状的聚合物材料制备成临时形状，然后降至室温，得到具有临时形状的聚合物材料；将具有临时形状的聚合物材料加热至玻璃化转变温度以上，得到具有记忆形状的聚合物材料，完成热适性形状记忆聚合物的形状恢复。本发明适用于作为具有复杂三维立体原始形状的形状记忆聚合物使用，并实现了在加热刺激（高于玻璃化转变温度）条件下的自展开/自折叠功能，大大提高了形状记忆聚合物的适用范围。

摘要： 本发明公开了形状记忆聚氨酯和ABS树脂共混制备三重形状记忆聚合物的方法及其在3D打印上的应用，涉及多重形状记忆聚合物的制备及其在3D打印上的应用。本发明目的是为了制备一种可以用于3D打印的三重形状以及(记忆)聚合物，可以拓宽3D打印材料的范围。本发明利用SMPU和ABS树脂采用的溶液共混或者挤出共混制备三重形状记忆聚合物；其应用是挤出机中制丝，然后3D打印机打印出设计好的形状。本发明在飞机、汽车等的电子电路设备、电子线路的分束识别、报警装置的热敏元件、紧固销钉、组织工程等生物医学领域等方面的应用。