中国科学院材料磨损与防护重点实验室/先进润滑与防护材料研究发展中心知识库

形状记忆聚合物(SMP)作为一种刺激响应性材料，指在外界条件刺激下(如热、光、电、磁场等)，能够由一个暂时形状回复至预设的原始形状的一种材料。基于SMP材料这种特殊的性能，其在生物医学、电子机械、纺织工业、航天航空等领域具有潜在的应用价值，因此开展 SMP 材料的研究具有重要的理论和现实意义。根据SMP材料实际应用的需求，本文在调研相关文献资料的基础上，制备了几种 SMP 材料，并研究了它们的结构与性能的关系，主要研究内容和结论如下：

1. 通过原位聚合的方法将聚己内酯(PCL)接枝到多壁碳纳米管(MWCNT)和乙基纤维素(EC)上，然后用 4,4’-二苯基亚甲基二异氰酸(MDI)交联得到一系列的交联网络结构。实验结果表明，不论是无机碳材料MWCNT，还是有机纤维EC的引入，都能够使材料获得较高的机械性能和形状记忆性能。材料的形状固定率与PCL相的结晶度有关，结晶度越高材料的固定能力也越强。此外还初步探索了EC增强SMP在医用缝合线中的应用。

2. 以不同的二胺和二酐为单体，通过二步法制备了四种聚酰亚胺(PI)，详细研究了PI链结构对材料热学性能、机械性能以及形状记忆性能的影响。实验结果表明，PI材料能够在 300 °C下体现出形状记忆性能，且链刚性和链线性较高的PI材料，其形状回复率也较高。通过紫外可见光谱证明了π-π堆积作用在形状记忆过程中起着重要的交联点作用。向PI材料引入SiO₂纳米颗粒，由于引进了氢键作用作为新的物理交联点，提高了PI材料的形状回复率。此外，通过原子氧辐照实验还发现原子氧的侵蚀作用对PI材料的形状记忆性能所产生的影响较小。

3. 通过 EC、聚多巴胺(PDA)、微晶纤维素(MC)与PCL接枝共聚的方法，制备了三种交联聚合物网络。实验结果表明，这三种材料不仅能够体现优异的二段形状记忆性能，还能够体现出三段、四段甚至五段形状记忆性能。研究还发现PDA/PCL共聚物还能够体现出恒力条件下的双向形状记忆性能。此外还建立了一个模型研究了变形温度对MC/PCL共聚物形状记忆性能的影响机理。

4. 以聚乙烯醇缩丁醛(PVB)基底材料，通过简单的交联制备了新型交联聚合物。通过研究发现该材料不仅能够体现出优异的热致形状记忆性能，还能够体现出溶致形状记忆性能。所制备的材料之所以能够体现出溶致驱动的特性，是由于溶胀过程中溶剂分子的塑化作用降低了材料的转变温度和模量。研究还发现材料的溶致回复速度与聚合物材料交联度以及溶剂的性质(极性、分子体积、粘度)有关。