形狀記憶智能材料

形狀記憶智能材料是一類具有形狀記憶功能的材料，其產(chǎn)生形狀記憶效應(yīng)的最根本原因是馬氏體相變。在合適的溫度下馬氏體相與母相能發(fā)生可逆的變化。形狀記憶合金材料的制備方法主要有熔煉，鑄造，冷、熱加工等方法，加入少量稀土元素等添加劑可以顯著改善形狀記憶合金的性能。

形狀記憶合金材料集自感知、自診斷和自適應(yīng)功能于一體，故具有傳感器、處理器和驅(qū)動(dòng)器的功能，是一類具有特殊功能的智能材料。人們不但可以利用形狀記憶合金來制備各種智能器件，而且還可以用形狀記憶合金來進(jìn)行智能材料設(shè)計(jì)，并對智能材料與結(jié)構(gòu)進(jìn)行主動(dòng)控制。這就進(jìn)一步拓寬了形狀記憶合金智能材料的應(yīng)用領(lǐng)域。

1、在紡織工業(yè)上的應(yīng)用

形狀記憶聚合物經(jīng)形變和固定后，在特定的外部條件下，如熱、化學(xué)、機(jī)械、光、磁、電等作用下，自動(dòng)恢復(fù)到初始形狀。

1）形狀記憶材料在紡織上應(yīng)用的形式主要有三種。一是形狀記憶紗線：將形狀記憶材料制成細(xì)絲，然后紡成紗線；二是形狀記憶化學(xué)品：將形狀記憶聚合物制成乳液、對織物進(jìn)行整理、層壓或涂層，賦子織物形狀記憶功能，將形狀記憶聚合物制成樹脂或粘合劑與短纖維一起制成非織造織物；三是形狀記憶織物：將形狀記憶紗線織成各種機(jī)織物和針織物。將形狀記憶聚合物材料與天然纖維/合成纖維共同構(gòu)成復(fù)合材料。

2）濕度敏感型聚合物應(yīng)用。濕度激發(fā)形狀記憶材料，適用于用即棄衛(wèi)生產(chǎn)品，如尿布、訓(xùn)練褲、衛(wèi)生巾和失禁產(chǎn)品。這些產(chǎn)品具有可折疊或伸縮功能，當(dāng)材料受到一個(gè)或幾個(gè)外界力作用時(shí)，至少在某一方向可產(chǎn)生變形；當(dāng)外力解除后，至少在一個(gè)方向可保持一定程度的變形。當(dāng)處于潮濕或多水的環(huán)境中時(shí)，該材料具有至少一個(gè)方向的變形和部分回復(fù)的能力。用即棄產(chǎn)品可能在受到液體浸漬或在高溫和人體溫度條件下使用時(shí)會(huì)變形或變得不舒適，形狀的變化可能會(huì)產(chǎn)生滲漏問題。開發(fā)的這種產(chǎn)品和采用的方法可最大限度保持形變,從而防止?jié)B漏。

3）溫度敏感型聚合物應(yīng)用。用作織物的功能性涂層和功能性整理以獲得防水、透氣性織物，如軍用作戰(zhàn)服、運(yùn)動(dòng)服、登山服、帳篷等。利用聚氨酯的形狀記憶功能,調(diào)整好合適的記憶觸發(fā)溫度用于服裝襯布(袖口、領(lǐng)口等)，使其具有良好的抗皺和耐磨等性能,通過升高溫度使其回復(fù)其在使用過程中產(chǎn)生的皺痕達(dá)到原來的形狀。

2、在工程上的應(yīng)用

將異形管結(jié)合．將形狀記憶聚合物JJ口熱向內(nèi)插入比聚合物管徑大的棒料擴(kuò)大口徑，冷卻后抽去棒料制成熱收縮管。使用時(shí)。將要結(jié)合的管料插入．通過加熱使聚合物管收縮．緊固．可用于線路終端的絕緣保護(hù)．通信電纜接頭防水。以及鋼管線路結(jié)合處的防護(hù)。

3、在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

形狀記憶聚氨酯纖維在醫(yī)學(xué)同形材料、運(yùn)動(dòng)護(hù)套、織物、人造頭發(fā)。特別是在可生物降解的醫(yī)用組夠{縫合線等領(lǐng)域濕示廣闊的應(yīng)用前景。

1）血管縫合線、止血鉗、醫(yī)用組織縫合線。先將縫合線拉伸200%，然后定形。手術(shù)完后，隨體溫的升高，手術(shù)線的形狀記憶回復(fù)．傷口逐漸被扎緊而閉合。

2）植人材料。熱敏形狀記憶聚氨酯可植入體內(nèi)，放于需醫(yī)療的位置，通過體溫獲得需要的形狀，當(dāng)完成其生理功能后，該植入材料在體內(nèi)慢慢降解或被吸收，或被排放，這類材料無須進(jìn)行第二次手術(shù)將所植入的材料取出，極大地減輕了病人的痛苦?？缮锝到獾闹踩氩牧系姆肿釉O(shè)計(jì)包括選擇合適的繼結(jié)點(diǎn)以固定聚合物的永久形變，選擇合適的分子鏈段充當(dāng)開關(guān)鏈節(jié)．以及選擇合適的原材料和合成方法．以最大限度地減小毒性。另外還必須考慮生物相容件。

3）同形材料。形狀記憶聚氨酯酸形、固形、形狀回復(fù)方便，形狀記憶溫度易于調(diào)節(jié)．質(zhì)輕、生物相容性好，透氣、抗菌．在醫(yī)療矯形方面得到廣泛應(yīng)用。是石膏類同形材料的理想替代品。

銅鋁錳形狀記憶合金，具有形狀記憶功能的銅鋁錳系合金。塑性良好，易加工，但形狀記憶恢復(fù)率不高，馬氏體時(shí)效穩(wěn)定化導(dǎo)致形狀記憶效應(yīng)穩(wěn)定性差。

1、熱致SMP是一種在室溫以上變形，并能在室溫固定形變且可長期存放，當(dāng)再升溫至某一特定響應(yīng)溫度時(shí)，制件能很快回復(fù)初始形狀的聚合物。廣泛用于醫(yī)療衛(wèi)生、體育運(yùn)動(dòng)、建筑、包裝、汽車及科學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域，如醫(yī)用器械、泡沫塑料、坐墊、光信息記錄介質(zhì)及報(bào)警器等。

2、電致SMP是一種熱致形狀記憶功能高分子材料與具有導(dǎo)電性能物質(zhì)(如導(dǎo)電炭黑、金屬粉末及導(dǎo)電高分子等)混合的復(fù)合材料。該復(fù)合材料通過電流產(chǎn)生的熱量使體系溫度升高，致使形狀回復(fù)，所以既具有導(dǎo)電性能，又具有良好的形狀記憶功能，主要用于電子通訊及儀器儀表等領(lǐng)域，如電子集束管、電磁屏蔽材料等。

3、光致SMP是將某些特定的光致變色基團(tuán)(PCG)引人高分子主鏈和側(cè)鏈中，當(dāng)受到紫外光照射時(shí)，PCG發(fā)生光異構(gòu)化反應(yīng)，使分子鏈的狀態(tài)發(fā)生顯著變化，在宏觀上材料表現(xiàn)為光致形變；光照停止時(shí)，PCG發(fā)生可逆的光異構(gòu)化反應(yīng)，分子鏈的狀態(tài)回復(fù)，材料也回復(fù)原狀。該材料可用作印刷材料、光記錄材料、“光驅(qū)動(dòng)分子閥”和藥物緩釋劑等。

4、化學(xué)感應(yīng)型SMP利用材料周圍介質(zhì)性質(zhì)的變化來激發(fā)材料變形和形狀回復(fù)。常見的化學(xué)感應(yīng)方式有pH值變化、平衡離子置換、螯合反應(yīng)、相轉(zhuǎn)變反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)等，這類物質(zhì)有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。該材料用于蛋白質(zhì)或酶的分離膜、“化學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)”等特殊領(lǐng)域。