光热双响应形状记忆聚氨酯/炭黑纳米复合材料的制备及性能研究

选用聚己内酯为预聚物,炭黑(CB)纳米颗粒作为光响应功能性填料,通过溶液聚合制备了一种光热双响应形状记忆聚氨酯(SMPU)/CB纳米复合材料。利用IR、SEM、DSC和DMA对其结构、形貌、热学性能和形状记忆性能进行表征。研究结果表明,SMPU/CB纳米复合材料展示出优异的形状记忆性能,其形状固定率和形状回复率均在97%以上。此外,由于CB的光热效应,SMPU/CB纳米复合材料在红外光的照射下具有快的响应速度及大的弯曲变形角度,在航空航天、智能驱动等领域具有潜在的应用前景。

生物基环氧化天然橡胶形状记忆复合材料的制备与性能

以壳聚糖作为填料、脱蛋白环氧化天然橡胶(ENR)作为基质材料,制备了生物基形状记忆复合材料,通过傅里叶变换红外光谱、原子力显微镜、电子万能试验机等研究了该形状记忆复合材料的微观结构、力学性能及形状记忆性能。结果表明,加入壳聚糖后ENR的有序结晶相以更小、更均匀的尺寸分散在整个体系中;由于壳聚糖的增强增韧作用,该形状记忆复合材料的耐磨性能增强、力学性能逐渐提高。此外,壳聚糖的加入进一步提高了ENR的形状记忆性能。

变形承载一体的基于形状记忆合金片状致动器的智能复合材料结构性能分析

在形状记忆合金片上引入预应变可以制备成一个受热可回复的片状致动器,将其表面粘贴在复合材料结构表面便可以得到一个集承载和变形一体化的智能复合材料结构。本文主要聚焦于智能复合材料结构承载过程中的变形问题,通过有限元分析的方法对智能复合材料结构在承载时的受热致动变形能力和在受热致动变形之后的承载能力两个问题进行了分析研究。分析结果表明:智能复合材料结构在承载过程中仍然能够顺利变形,但是其变形过程中的胶层应力会受到载荷大小的影响,且相同载荷下受热致动过程加载时的胶层应力与加载过程中受热时的胶层应力相比会更大。

形状记忆PCL/CB复合材料的制备及其光致弯曲变形行为

为了制备具有远程可控变形且性能优越的形状记忆聚合物,采用巯基-烯点击化学法制备了PCL/CB复合材料,并用FTIR、DSC、1 H NMR和DMA对复合材料的结构、热性能以及形状记忆特性等进行表征。结果表明:交联复合材料薄膜的热转变温度为50℃,且当预拉伸的复合材料薄膜受到100 mW/cm^(2)强度的激光照射时,CB颗粒吸收激光光子而产生光热转换且由于各向异性链松弛和应变能释放,致使上层薄膜在受到激光照射时,结晶熔融发生形状记忆效应而收缩,与此同时下层薄膜仍然处于玻璃态,上层薄膜的收缩力使PCL/CB复合材料薄膜朝着激光照射方向发生弯曲变形。同时,弯曲角度可以通过薄膜预拉伸应变量、激光照射时间以及薄膜厚度3个参数进行调控;当预拉伸应变为300%、薄膜厚度为0.4 mm时,最大弯曲角为164°。这种具备局部可编程行为的PCL/CB复合薄膜可为光响应SMP的变形模式提供新思路。

基体配比对VIHPS制备GO-CF/EP复合材料微观组织与形状记忆性能的影响

碳纤维混杂增强复合材料由于具有重量轻、可设计性强等诸多优点,广泛用于汽车、海洋、航空航天等行业.根据固化剂与环氧树脂的配比化学原理,计算出石墨烯-碳纤维混杂增强树脂基(GO-CF/EP)复合材料的最佳配比为1∶5,并采用真空浸渗热压成型工艺(VIHPS)制备1∶2~1∶7共六个配比的试样,结合形状记忆性能测试及微观形貌的观察,得到固化剂与环氧树脂实际最佳配比.实验结果表明,GO-CF/EP复合材料性能主要取决于体系中交联度的大小,交联度越大,复合材料的形状记忆性能越好,微观组织形貌也较理想.当基体配比为1∶5时,GO-CF/EP复合材料体系中交联度最大,微观形貌呈现均匀致密的状态,形状固定率最大,为95.90%;形状回复率最大,为95.40%;形状回复时间最短,为80.30 s;形状回复力最大,为9.48 N.当基体配比为1∶2或1∶7时,固化剂过量或不足,交联度较小,微观组织形貌中有大量的基体聚集区,其形状记忆性能下降,形状固定率及回复率也相应减小,分别为82.99%,81.66%,81.91%,78.75%;形状回复力分别只有5.20 N和5.50 N.

形状记忆材料在土木建筑领域的研究与应用

形状记忆材料是国内外广泛关注的新材料之一,由于其独特的记忆性能,使得其在土木建筑领域得到了广泛应用。形状记忆材料主要分为形状记忆合金、形状记忆聚合物、形状记忆复合材料。从形状记忆材料的发展入手,对形状记忆材料在土木建筑领域的研究、应用进行了介绍,探讨了形状记忆材料应用在土木建筑领域的优势,同时对形状记忆材料在土木建筑领域的发展前景提出了展望。

热致形状记忆聚酰亚胺的合成及性能

形状记忆聚酰亚胺(SMPI)是将具有良好的热稳定性、力学性能、耐腐蚀性和抗辐射性等特性的SMPI与可智能变形的形状记忆效应相结合而设计的新材料。以柔性二胺及扭曲结构二酐为单体,通过传统两步法制备了热致SMPI薄膜,采用傅里叶变换红外光谱、热重及热机械分析等方法对材料的结构、热性能及热力学性能进行分析,并通过双重、循环、步阶及弯折形状记忆测试对材料的多种形状记忆性能进行研究。结果表明,通过二胺与二酐成功制备SMPI。所制备的SMPI具有良好的热性能,在空气及氮气气氛下的5%热失重温度分别为502℃与506℃,玻璃化转变温度为267℃。此外,含柔性扭曲结构的聚合物链段在玻璃化转变温度以上作为可逆相为SMPI提供了高应变,而芳香结构带来的π-π堆积与链缠结以物理交联点的形式作为固定相,为SMPI提供了高的形状记忆固定率及回复率。其双重形状记忆的应变为121.9%,形状记忆固定率和回复率为99.7%和94.2%。并且,SMPI表现出多重形状记忆循环稳定性、步阶和弯折形状记忆性能,可作为新一代耐高温智能变形材料应用于可展开空间结构、智能喷气推进系统、高温传感器等领域。

Ni-Mn基磁性形状记忆合金弹热制冷效应的研究现状

弹热制冷不仅具有大而可逆的温度变化,而且其驱动方式更为简单,同时兼具环保、高效、节能的特点,平衡了成本、制冷量、效率以及可行性,有望成为替代传统蒸汽压缩冷却技术的候选之一。本文综述了Ni-Mn基磁性形状记忆合金弹性热效应的研究进展,从掺杂合金元素、热处理方法以及制备工艺等多个方面,总结了近年来对Ni-Mn基合金弹性热效应进行改进优化的研究成果。然而,目前Ni-Mn基合金弹热制冷材料的研究仍处于探索阶段,实现其实际应用还需进一步深入研究。未来的研究重点应集中在降低驱动能耗、提升疲劳寿命和循环稳定性、提高绝热温变以及优化传热效率等方面。

形状记忆合金研究进展与高熵形状记忆合金

形状记忆合金具有形状记忆效应、超弹性、良好的耐蚀性及力学性能等,是一种极具发展潜力和应用价值的功能材料,形状记忆合金自研发之初就受到了人们的广泛关注,目前已在诸多领域得到了广泛应用。系统总结了形状记忆合金的种类、制备方法、主要应用领域和最新的研究成果等,重点综述了目前研究的热点——高熵形状记忆合金的研究进展,并从合金成分、热机械处理、相结构3方面阐明了影响高熵形状记忆合金性能的因素,理清了阻碍形状记忆合金发展的主要因素,分析了高熵形状记忆合金的研究价值,并对形状记忆合金的未来发展方向进行了展望。

4D打印刺激响应形状记忆智能材料的研究现状与展望

4D打印技术是一种可变特性快速成型技术,主要以3D打印为基础,使用智能材料对所需物体进行增材制造,成型固件可在外界环境的刺激下,就其形状、结构或功能发生时间维度上的改变。该技术被提出以来,便受到广大学者的关注。随着对4D打印技术研究的不断深入,该技术在学科交叉融合中发挥着显著优势。首先对4D打印中的形状记忆智能材料的研究现状进行综述,其次阐述了基于形状记忆智能材料的4D打印技术在医疗,仿生,军事以及生活产品制造领域的应用研究,最后展望了4D打印形状记忆智能材料在未来发展中的潜在应用及挑战。

基于形状记忆聚合物复合材料的双向形状记忆行为

为了解决当前大多形状记忆聚合物仅能实现单向形状记忆效应的难题,将TDE-86环氧树脂改性的氢化双酚A型形状记忆环氧树脂和以聚丁二烯为软段的聚氨酯弹性体相结合,制备了一种具备层合结构的形状记忆聚合物复合材料。该复合材料通过形状记忆环氧树脂产生的回复力与预拉伸聚氨酯弹性体产生的收缩力之间的平衡从而实现无应力下的双向形状记忆行为,即在90~110℃温度范围内,加热弯曲而冷却反向弯曲。结果表明:聚氨酯弹性体预拉伸量越大,材料在整个温度范围内的弯曲程度也越大;当回复温度在形状记忆环氧树脂玻璃化温度及以上时,材料回复程度较大;增加聚氨酯弹性体厚度会增大材料初始的弯曲程度,但会减小材料在双向形状记忆过程中的变形和回复程度。

面向火星探测的环氧形状记忆聚合物复合材料的性能研究

国家火星探测任务是建设航天强国进程中的重大标志性工程,是中国航天走向更远深空的里程碑工程.智能材料这种集材料、结构和功能于一体的先进材料将会对火星探测任务有所助力.形状记忆聚合物及其复合材料作为一种典型的智能材料,可在有效减轻载荷的同时实现自主变形,已经在地球同步轨道航天器的应用中崭露头角.因此有必要研究这种新型环氧基形状记忆聚合物复合材料应用于火星探测工程的可能性.首先,针对“天问一号”火星探测器的任务需求,设计了一个具有自释放功能的着陆平台国旗装置.其中的锁紧释放装置由碳纤维增强的形状记忆聚合物复合材料制成,分别从静态拉伸力学性能、动态热机械性能和形状记忆性能三个角度评估了空间辐照和长期存储对形状记忆聚合物复合材料的影响.其中,空间辐照包括γ射线和紫外射线,辐照剂量分别为5×10^(5)rad和23.6 kCal.长期存储分为低温-196℃、室温25℃和高温85℃存储30天,和低温-196℃存储457天两组实验.最后,从“祝融号”火星车所携带相机拍摄的照片可以看到五星红旗被成功释放,旗面平整、图案清晰.这说明所研究的环氧基形状记忆聚合物复合材料可成功应用于火星探测任务,未来有望以多种结构形式助力我国的火星采样返回乃至其它深空探测任务.

形状记忆合金混杂复合材料层合板变刚度调控机制

形状记忆合金混杂复合材料(SMAHC)是一种能够主动变化刚度的智能复合材料。为了研究形状记忆合金(SMA)对SMAHC层合板刚度调控的影响,对分布式、模块化地植入SMA的层合板进行三点压弯实验。以SMA数量、单层中SMA排布位置与SMA预应变作为3个独立变量进行正交实验设计,测试了不同试样在不同温度下的刚度值,以研究如何有效地实现刚度调控。采用等效热膨胀法建立SMAHC层合板的有限元模型与实验结果进行对比,总结了SMAHC层合板的变刚度调控机制。分析结果表明,SMA非对称排布的层合板比SMA对称排布的层合板平均刚度提升16.67%;植入8段SMA的层合板比植入4段SMA的层合板平均刚度提升15.26%;通过调整SMA的温度,可以精准地实现SMAHC层合板的刚度调控;模块化、分布式的植入方式能够改变SMAHC层合板整体的应力分布,提升层合板刚度调控精度、降低SMA纤维用量,而且能保证个别SMA失效后层合板整体仍然有一定的变刚度能力。

形状记忆合金的应用及其特性研究进展

形状记忆合金(SMA)是一种金属智能材料,在一定的温度和压力作用下会产生相变,这种性质使其在航天航空、生物医学以及交通运输等领域得到了广泛的运用。随着社会经济的快速发展以及科学技术的日益进步,形状记忆合金的应用变得更加广泛,各领域对其性能水平的研究也日益深入。文章对形状记忆合金的应用及其特性研究进展情况进行了分析,着重介绍形状记忆合金的特性,展望其未来发展前景及方向,以推进形状记忆合金在多个领域得到有效地推广和运用。

形状记忆合金纤维与高延性水泥基复合材料基体的界面粘结性能的影响

针对形状记忆合金(SMA)纤维端部形式、直径、深径比(粘结长度/纤维直径)3个因素设计制作了5组试件,通过位移控制加载进行拉拔试验,分析了破坏形态、拉拔应力-应变曲线、平均粘结强度以及纤维利用率等性能,并比较了各因素对其与高延性水泥基复合材料(ECC)粘结力学性能的影响。基于试验结果,对SMA纤维在ECC中的破坏模式和粘结-滑移机理进行分析。结果表明,SMA纤维拉拔应力-位移曲线分为弹性阶段、脱粘阶段、马氏体相变阶段以及马氏体硬化阶段,直型端部SMA纤维直径和深径比的增大均会降低界面间粘结力,而N型端部SMA纤维端部锚固力能够有效改善界面间粘结性能和提高纤维利用率。

具有形状记忆功能的自修复电缆护套材料研究

以环糊精修饰的氧化铝纳米粒子(CD-Al_(2)O_(3)NPs)为主体分子,以含金刚烷的丙烯酸酯为客体分子,通过主、客体相互识别自组装生成包合物后与2-羟基乙基-甲基丙烯酸酯(HEMA)、丙烯酸丁酯(BA)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)进行自由基共聚得到了一种新型的PVP/p(HEMA-co-BA)半互穿网络材料,对其微观形貌和性能进行表征和检测。结果表明:通过主客体包合作用赋与了材料自修复性能;同时,由于引入了主客体包合和氢键两种可逆的非共价相互作用,材料具有优异的形状记忆功能。材料具备的形状记忆功能和自修复性能可在裂纹的两个断面距离较大时实现自修复,恢复材料的原有性能。此外,PVP/p(HEMA-co-BA)还具有较好的热稳定性,耐受温度达到200℃,能够在较高温度环境中使用。

纳米SiO_(2)@MWCNT增强氰酸酯基形状记忆复合材料的制备及性能

形状记忆聚合物由于刚度、强度、回复驱动力等方面的限制,无法直接作为结构材料应用于航天航空。文中利用纳米二氧化硅包覆碳纳米管(SiO_(2)@MWCNT)改性的氰酸酯/聚丁二烯环氧树脂形状记忆树脂基体与T300碳纤维平纹织物通过热压成型法制备了一种形状记忆复合材料,系统表征和分析了形状记忆复合材料的力学性能、耐温性能和形状恢复能力。结果表明,在保证复合材料优异形状记忆效果的同时,以SiO_(2)@MWCNT作为增强纳米粒子显著提高了复合材料的玻璃化转变温度与力学性能。复合材料在玻璃化转变温度(212℃)附近仍保有1 GPa左右的储能模量,经过10次循环测试后,形状固定率和形状回复率都分别保持在96%和97%以上,并在35 s内完成由临时形状到初始形状的转变,展现出优异的回复速度与更大的形状回复力。

形状记忆合金增强复合材料力学试验分析

针对碳纤维树脂基复合材料抗冲击性能差的问题,本文提出了一种内嵌超弹性形状记忆合金丝的碳纤维树脂基复合材料(SMA-CFRP)。采用热压罐成型工艺,选用SMA铺设层数、SMA铺设方向两个参数成型了4种CFRP复合材料样件,分别对其进行了单轴拉伸、低速冲击及三点弯曲试验。由于超弹性SMA丝具有独特的相变机制,在试验加载过程中,承受了准静态或动态载荷并吸收了部分能量,因此相较于CFRP,SMA-CFRP的极限拉伸强度最高提升了7.71%,且抗冲击性能显著提升。试验结果表明,内嵌超弹性SMA能显著改善CFRP在准静态和低速冲击载荷下的力学性能。

短切碳纤维增强环氧树脂形状记忆复合材料的制备与性能研究

为实现形状驱动能耗与复合材料力学性能的最佳配合,本文在热致环氧形状记忆聚合物基体中提高增韧剂新戊二醇二缩水醚(NGDE)含量来降低其玻璃化转变温度,同时添加短切碳纤维(SCF)来抵消由增韧剂引起的刚度降低负面效果。通过实验研究了不同NGDE、SCF含量对复合材料形状记忆转变温度、形状记忆性能和力学性能的影响。结果表明,增加NGDE含量可将环氧聚合物基体的形状记忆转变温度从90℃降至43℃,其储能模量和弯曲模量也随之降低。在11wt%NGDE上添加SCF后,复合材料的玻璃态储能模量、橡胶态储能模量、弯曲模量最高可提高至原始试样的1.9倍、7倍和2.4倍。

形状记忆智能材料的4D打印专利技术综述

【目的】分析国内外专利有关形状记忆智能材料的4D打印技术的发展现状。【方法】梳理了该领域的专利申请的技术发展路线。【结果】归纳专利申请量趋势、地域分布、重点申请人、核心专利等技术发展情况。【结论】中国、美国在该技术领域遥遥领先,我国集中于形状记忆合金的4D打印,而国外更偏向于研究形状记忆聚合物的4D打印。未来,我国可以进一步从材料的多样性、打印的精度等方面开展深入研究。