形狀記憶智能材料簡介

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、自診斷和自適應功能于一體，故具有傳感器、處理器和驅(qū)動器的功能，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行智能材料設計，并對智能材料與結(jié)構進行主動控制。這就進一步拓寬了形狀記憶合金智能材料的應用領域。

1、在紡織工業(yè)上的應用

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、機械、光、磁、電等作用下，自動恢復到初始形狀。

1）形狀記憶材料在紡織上應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絲，然后紡成紗線；二是形狀記憶化學品：將形狀記憶聚合物制成乳液、對織物進行整理、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/合成纖維共同構成復合材料。

2）濕度敏感型聚合物應用。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，當材料受到一個或幾個外界力作用時，至少在某一方向可產(chǎn)生變形；當外力解除后，至少在一個方向可保持一定程度的變形。當處于潮濕或多水的環(huán)境中時，該材料具有至少一個方向的變形和部分回復的能力。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會變形或變得不舒適，形狀的變化可能會產(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、運動服、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其在使用過程中產(chǎn)生的皺痕達到原來的形狀。

2、在工程上的應用

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大口徑，冷卻后抽去棒料制成熱收縮管。使用時。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．通信電纜接頭防水。以及鋼管線路結(jié)合處的防護。

3、在醫(yī)學上的應用

形狀記憶聚氨酯纖維在醫(yī)學同形材料、運動護套、織物、人造頭發(fā)。特別是在可生物降解的醫(yī)用組夠{縫合線等領域濕示廣闊的應用前景。

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。手術完后，隨體溫的升高，手術線的形狀記憶回復．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，這類材料無須進行第二次手術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計包括選擇合適的繼結(jié)點以固定聚合物的永久形變，選擇合適的分子鏈段充當開關鏈節(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，但形狀記憶恢復率不高，馬氏體時效穩(wěn)定化導致形狀記憶效應穩(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，當再升溫至某一特定響應溫度時，制件能很快回復初始形狀的聚合物。廣泛用于醫(yī)療衛(wèi)生、體育運動、建筑、包裝、汽車及科學實驗等領域，如醫(yī)用器械、泡沫塑料、坐墊、光信息記錄介質(zhì)及報警器等。

2、電致SMP是一種熱致形狀記憶功能高分子材料與具有導電性能物質(zhì)(如導電炭黑、金屬粉末及導電高分子等)混合的復合材料。該復合材料通過電流產(chǎn)生的熱量使體系溫度升高，致使形狀回復，所以既具有導電性能，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(PCG)引人高分子主鏈和側(cè)鏈中，當受到紫外光照射時，PCG發(fā)生光異構化反應，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，PCG發(fā)生可逆的光異構化反應，分子鏈的狀態(tài)回復，材料也回復原狀。該材料可用作印刷材料、光記錄材料、“光驅(qū)動分子閥”和藥物緩釋劑等。

4、化學感應型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。常見的化學感應方式有pH值變化、平衡離子置換、螯合反應、相轉(zhuǎn)變反應和氧化還原反應等，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、“化學發(fā)動機”等特殊領域。