毕业论文课题相关文献综述

文献综述

形状记忆聚合物（SMP）是一种新型功能高分子材料，它是指在一定条件下被赋予临时形状，然后在外界条件下又可以恢复到原来的形状。

SMP形状记忆功能主要来源于材料内部存在不完全相容的两相，即保持成型制品形状的网络节点和随温度变化会发软化、硬化可逆变化的转换相。网络节点的作用是确保形状记忆聚合物回复到初始形状；而形状变形和临时形状的固定依靠转换相来完成。根据网络节点的结构特征,SMP可分为热固性和热塑性两大类,此外还有一种冷变形成型的形状记忆聚合物材料。

热固性SMP是将聚合物加温到熔点(Tm)以上和交联剂共混，接着在模具里进行交联反应并确定一次形状，冷却结晶后即得到初始态。其化学交联结构为网络节点，结晶相为转换相。当温度升高至Tm以上时，转换相熔融软化。在外力的作用下可做成任意的形状，保持外力并冷却固定。使分子链沿外力方向取向冻结得到变形态。当温度再升高至Tm以上时，转换相分子链在熵弹性作用下发生自然卷曲，直至达到热力学平衡状态，从而发生形状回复，记忆一次形状。

热塑性实质上是高分子链以物理交联的方式形成网络节点和转换相。当温度升高至玻璃化转变温度(Tg)以上时，转换相分子链的微观布朗运动加剧，而网络节点仍处于固化状态。此时以一定外力使SMP发生变形，并保持外力使之冷却，转换相固化得到稳定的新形状即变形态。当温度再升高至Tg以上时，转换相软化，而网络节点保持固化，转换相分子链运动复活，在网络节点的恢复应力作用下逐步达到热力学平衡状态，即宏观表现为恢复原状。

热致型SMP回复刺激手段主要有：热能、光能、电能等。其中热能刺激手段回复方法是靠通热水或吹热风。以导热和对流的方对材料实施加热。这种方法设备及操作简单。但前者存在适用环境局限性大，后者存在加热温度场受风向影响大，加热不均匀，导致制品收缩也不均匀。对于热致型SMP必须满足3个要求：1)特定条件下能发生一定形变；2)该形变在室温下能大部分固定；3)在特定条件下基本能回复原状。因此，衡量SMP形状记忆效果的优劣，可用形状回复率、形状固定率、形变量、形状回复速度等指标评价。就形状记忆原理可以推测，转换相对SMP的形变特性影响较大，网络节点对形状恢复特性影响较大。转换相分子链的柔韧性增大，SMP形变量就相应提高。热固性SMP同热塑性SMP相比，形状恢复的速度快、精度高、应力大，但形变量小，不可回收再利用。

近年来，具有优良热学、力学、光学、电学、磁学、化学、生物功能的SMP得到了广泛的研究开发。多功能SMP的诸多优异性能:如可收回性，其重量轻，成本低，易加工性和非常高的恢复应力，使得多功能SMP成为许多潜在应用的候选材料。微/纳米级填料在聚合物动力学、表面-基质内特性及生物学功能方面提供了分子水平的控制。但在开发上仍有如下问题：1）目前的SMP综合性能不够理想，有待利用分子设计技术和材料改性技术，提升其综合性能；2）热致型SMP回复方式有待改进；3）形状记忆机理理论有待完善；4）同普通塑料相比，价格偏高。未来的挑战可能来自以下5方面:(1)基于SMP的自动化传感技术；(2)SMP自修复或自修补复合材料系统；(3)发展带有传感器的SMP系统；(4)形状记忆生物材料的临床应用研究；(5)SMP表面技术的发展及表面多功能化。应该看到，各种交叉科学的建立极大地影响并推动着各个学科的发展，未来的多功能SMP的发展在很大程度上取决于临近交叉科学的综合性研究。因此，对交叉科学的关注与研究对于多功能SMP的研究开发已迫在眉捷。相信，各种现实及潜在的应用刺激，必将伴随SMP理论与技术的愈加成熟，将其研究推向高潮，使其在智能材料领域中极具应用价值。

在形状记忆聚合物表面进行微纳米级别临时形状赋予在各个方面都很有前景。（1）生物材料方面，在材料表面构筑的形状记忆微米结构，所产生的回复力可以模拟细胞环境准确的控制细胞行为。随着表面的微纳米结构从2D凹槽结构回复成平面结构，骨髓间充斥干细胞会由对齐形态转为星形态。表面微纳米结构可以为细胞提供一个机械环境条件，激活许多的信号通路，从而影响它们的行为。（2）纳米表面形态在控制表面湿度上起了决定性作用。纳米表面可以调整湿度。纳米表面阵列表现了独特的水接触角和滑动角，由此控制润湿性能。接触角随着温度的增加而增大。（3）微纳米表面也被运用到了仿生材料中。就像蜥蜴的手掌那样，可以很有力的附着在干燥物表面。对于在不同角度下改变其性能，表现出来的附着力是不同的。从刚毛缠结表面能的变化及弯曲变形角度分析,得到了仿刚毛阵列避免缠结的结构设计方法。（4）微纳米表面结构也被应用到了微光学器件中，例如cPEVA胶卷，在日光下可以表现为透明，就可以不受反射的影响。因为表面微纳米结构的作用，透明度大幅提高。同时，Xu等人已经在EVA表面构筑了微光栅等微米结构，表征了不同温度下EVA薄膜的光学性能。

本项目将在EVA表面构筑永久的微米级别光栅结构，再对其结构表面进行临时形状赋予以得到平整表面，或对EVA样品赋予一定程度的临时应变，以此分别改变光栅高度或光栅参数；本项目将研究初始形状、临时形状、以及完全回复形状下EVA反射光栅对自然光的色散能力，以及特定波长垂直入射光的衍射效率和衍射角度。

参考文献