Gd掺杂对Ni-Mn-In磁性形状记忆合金电子结构、磁性与马氏体相变影响:第一性原理计算和实验

采用实验研究与第一性原理计算相结合的方法,研究了Gd掺杂对Ni-Mn-In合金的影响。第一性原理计算结果发现,在Ni_(8)Mn_(6)In_(2)中,Gd掺杂倾向于占据合金中的Ni和In的亚晶格。Gd取代Ni或In后均可提高马氏体温度,同时降低居里温度。特别是Gd取代In时,相变温度的提升更为显著。电子态密度分析表明:Gd会降低奥氏体稳定性,提高马氏体稳定性,是其相变温度升高的主要原因。采用真空电弧熔炼炉成功制备了Ni_(50-x)Mn_(35)In_(15)Gd_(x)(x=0,1,2)和Ni_(50)Mn_(35)In_(15-x)Gd_(x)(x=0,1,2)多晶合金,通过DSC实验数据分析,Gd的掺杂提升了合金的相变温度,其中Ni_(50)Mn_(35)In_(13)Gd_(2)的马氏体转变开始温度达到160℃,可以满足高温(≈97℃)的工作条件,在单个Gd原子的掺杂下未改变合金母相和马氏体相的磁状态,对磁化强度差的影响较小,阐明了Gd掺杂对合金的磁结构影响机理。

形状记忆聚合物复合材料及其在空间可展开结构中的应用

综述了形状记忆聚合物复合材料及其在空间可展开结构中的应用。形状记忆聚合物是一种智能主动变形的高分子材料,该材料在外界激励作用下能够产生较大的可回复变形,可应用于智能主动变形结构。首先简述了形状记忆聚合物的研究现状,然后分别介绍了颗粒、短纤维和连续纤维增强的形状记忆聚合物复合材料的研究现状,并重点评述了三种复合材料的电-热致驱动变形性能。此外,本文还介绍了纤维增强形状记忆复合材料在空间可展开结构上的应用,主要包括可展开铰链、可伸缩梁和可展开天线等。

形状记忆聚合物表面微结构及黏附性能的可逆调控

采用模板法在形状记忆聚合物表面构筑了微纳米等级结构,获得了一种具有低黏附性的超疏水表面.在外压作用下,表面微结构发生坍塌,失去超疏水性,同时呈高黏附性.在120℃热处理后,表面微结构恢复到原始状态,同时表面恢复到低黏附状态.通过外压及热处理过程可实现对表面微结构及其黏附性能的可逆调控.研究结果表明,表面不同的微结构状态赋予了表面不同的黏附性能,即在原始表面上,液滴处于低黏附的Cassie态,而在坍塌结构表面上水滴处于高黏附的Wenzel态.

形状记忆聚合物的原理和应用

形状记忆合金在国外和国内均已实用化。然而形状记忆聚合物在1984年才取得第一个专利,它的价格仅为形状记忆合金的1/100,且易加工,记忆恢复温度范围宽。形状记忆聚合物在加工成型时赋予制品固有形状,制品在其寿命期内对此固有形状终生记忆。以后按照运输、安装和使用的需要,可在各种条件下任意变形,而一旦满足形状回复条件,即迅速回复到固有形状。可如此反复数万次。

基于形状记忆聚合物复合材料航天航空可变形结构技术研究进展

形状记忆聚合物及其复合材料是一种在相应的外界刺激下可以在临时形状和初始形状之间进行切换的智能材料,具有低密度、低成本、可回复变形大,刺激方式可控等优点,在航天航空领域,如:空间可展开结构、锁紧释放机构、变体等,展现出来了巨大的应用潜力。这些应用大多处于开发阶段,一部分完成了地面功能验证,少部分进行了航天实验。本文首先总结了形状记忆聚合物(SMP)和形状记忆聚合物复合材料(SMPC)的分类,以及恶劣的空间环境因素下SMP的性能变化。随后总结了SMPC的空间可展开结构,包括:铰链、桁架、太阳能电池阵;SMPC的解锁释放结构;SMPC的变体结构以及基于4D打印的SMPC可展开结构的潜在应用。最后,对形状记忆材料和结构的发展前景进行了展望。

LDPE/SEBS共混型形状记忆聚合物的结构与性能

以苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)热塑性弹性体和低密度聚乙烯(LDPE)为主要原料,采用硫化工艺制备了LDPE/SEBS共混型形状记忆聚合物(SMP)。通过DSC、SEM、WXRD分析,测试了试样记忆性能和凝胶度,研究了固定相LDPE/可逆相SEBS配比与共混型SMP结构和性能的关系。结果表明,LDPE/SEBS配比是影响SMP互穿网络相尺寸和形状、SMP结晶度、玻璃化温度、以及SMP形状回复率、形状固定率等记忆特性的重要因素。

形状记忆聚合物在生物医学领域的研究进展

形状记忆高分子材料已经成为一种新型的生物医用智能材料,它能够根据不同应用进行性能设计,以满足生物医学领域对材料多功能的要求。基于不同的应用,形状记忆聚合物材料可以提供适合的功能,例如:形状展开功能、形状固定及回复功能、形变回复率及回复力可控性能等。形状记忆高分子材料可以通过多种刺激,例如:热、光、电、磁等方式被激发,实现其生物医学功能。这些刺激可以通过直接接触或遥控的方式激发材料的性能。形状记忆高分子材料也可以经过设计,具有生物降解性能、生物相容性等。首先介绍了形状记忆聚合物材料的结构原理、性能及分类,并在此基础上根据不同生物医学领域的应用进行总结,同时针对不同的形状记忆性能在生物医学领域的应用进行探讨。最后对形状记忆聚合物材料的生物力学性能、灭菌方式对材料性能的影响等进行了总结。

形状记忆效应对水合物开采井防砂用聚合物性能的影响

形状记忆聚合物防砂筛管在日本第二轮天然气水合物试采中成功应用,但形状记忆效应对聚合物孔渗特征和防砂性能等影响的研究较少。基于此,本文研发了一种以聚氨酯作为基质的形状记忆聚合物防砂材料,探究了聚合物形状记忆特性、形状记忆前后的孔渗特性和力学强度等的变化规律,并评价了防砂性能。实验结果表明:研制的多孔聚氨酯具有良好的形状记忆特性和孔渗特性,形状固定率>98%,形状恢复率为100%,形状记忆温度为59.8℃;回弹前后渗透率均维持在10 D左右,且回弹前后抗压强度均维持在1 MPa左右;压汞测试表明形状记忆是一个对材料内部大孔的压缩-回弹过程,会导致材料内部结构发生变化,造成抗压强度略有降低,但完全回弹后,渗透性会小幅度增加;防砂性能测试表明仅在实验初期会有少量砂产出,砂粒的产出会对聚氨酯渗透性有一定的损伤,但对完全回弹的聚氨酯的渗透率仍可保持在10 D左右。综合材料性能分析认为,研制的形状记忆聚氨酯材料可配合机械防砂筛管使用,能满足水合物开采井防砂的需求。

纤维增强形状记忆聚合物复合材料在空间可展开结构中的应用

当前,不同国家对于智能材料的结构研究,都着重于形状记忆聚合物材料方面。由于形状记忆聚合物复合材料,有着较为良好的热塑性、热固性特征,其在桁架、悬臂梁等大型空间结构中得到广泛应用。该文主要探讨纤维增强的形状记忆聚合物复合材料,在空间可展开结构中的应用,通过对复合材料玻璃化转变温度Tg的控制,可以满足多种可展开结构的使用需求。

基于介电弹性体和形状记忆聚合物的多稳态抓取结构研究

介电弹性体是一种典型的智能软材料,具有高的介电常数,且具有重量轻、韧性好、形变大、高弹性能密度以及机电效率高等诸多优点。由介电弹性体制作而成的智能驱动器是通过具有柔性电极的弹性体在电场作用下产生的应变响应进行驱动变形的,在软体机器人、航空航天等许多方面展现出潜在的应用价值。然而,利用介电弹性体制备的抓取结构驱动力较小,将介电弹性体和形状记忆聚合物的变刚度特性相结合,可增加抓取结构的驱动力,并且在抓取和释放过程中无需持续通电即可固定形状。利用介电弹性体的电致变形特性和形状记忆聚合物的形状记忆及变刚度特性,设计了一种智能多稳态抓取结构。建立了驱动器的理论模型,确定结构参数,基于有限元软件对驱动结构的弯曲和恢复过程进行数值模拟,并对其进行弯曲和恢复试验,测试出恢复角度,基于理论和仿真对驱动器结构进行优化设计,基于优化后的驱动器制备了多稳态抓取结构,测试了抓取结构的性能。

形状记忆聚合物复合材料可展开结构的研究进展

形状记忆聚合物(shape memory polymers,SMPs)作为一种新型的智能材料,在航空航天领域显示出巨大的前景。根据SMPs材料的变形机理、组成及结构将其与一定的增强相进行复合,可设计出具有低成本,展开过程平缓,振动小,高强度,导电性能优良的智能材料。本文主要介绍三种可用于SMPs复合材料展开结构的基体,以及每种基体制备形状记忆展开结构的方法,从宏观结构上对三种SMPs复合材料展开结构进行分类讨论,分析不同种类聚合物形状记忆的机理、力学性能、形状变化的固定率和回复率等,介绍SMPs复合材料在空间可展开结构中的应用。

形状记忆聚合物及其复合材料在航天领域的应用进展

首先介绍了形状记忆聚合物及其复合材料,概述了该类材料的形状记忆机理。然后重点评述了基于形状记忆聚合物复合材料的可展开铰链、可展开桁架、可展开太阳能电池阵列、锁紧释放机构的结构和性能特点,指出了各类应用的优缺点及适用条件。最后,总结并展望了基于该类材料的空间可展开结构的未来研究重点和发展趋势。

形状记忆聚合物及其在航空航天领域中的应用

介绍了形状记忆聚合物的最新研究进展,从结构角度分析和探讨了不同聚合物产生形状记忆效应的原理,其中,聚烯烃类形状记忆聚合物都具有化学交联和半结晶的结构;相反,形状记忆聚氨酯则具有物理交联和相分离的结构。而液晶弹性体的形状记忆效应则是由于液晶态的相转变而实现的。文中还对聚氨酯、交联聚乙烯、液晶弹性体等形状记忆高分子材料的特性及其在变形机翼、自展开结构等航空航天领域的应用进行了介绍和评价。

智能热敏形状记忆聚合物及其应用

智能热敏聚合物是一种能够对外界温度的变化发生预定响应,从而使聚合物特定的宏观性能随之发生相应变化的高分子材料,形状记忆聚合物为智能热敏聚合物的一种.聚氨酯、聚降冰片烯、反式1,4-聚异戊二烯等均具有形状记忆特性.与形状记忆金属合金相比,形状记忆高分子材料具有质量轻、成本低、形状记忆温度易于调节、易于着色,形变量大、赋形容易,且易于在预定温度下被激发等特点,特别是形状记忆聚氨酯,具有结构-性能易于控制,形状记忆温度选择范围宽(-30～70℃)等优点,因而在生物医学、纺织服饰、玩具、包装、国防军工等诸多领域显示了广阔的应用前景.在纺织领域,具有形状记忆的领带、腹带、服装衬里、胸罩、绷带、运动服、军用作战服、登山服、帐篷等以其抗皱、免烫、防水、透湿、保温、定型等多种功能可通过体温或温度自动调节等智能特性,深受消费者青睐.本文对智能热敏高分子材料的研究和发展进行了回顾,重点介绍了该类材料的结构特征,形状记忆机理及其在纺织、生物医用材料、国防军工等领域的应用前景,并对该类材料的发展前景进行了展望.

完井用多孔隙形状记忆聚合物的性能影响因素研究

由单一相对分子质量多元醇制备的多孔隙形状记忆聚合物的性能无法满足完井的要求,需要采用不同相对分子质量多元醇制备多孔隙形状记忆聚合物。为给制备适用于不同井下条件的多孔隙形状记忆聚合物提供依据,通过改变不同相对分子质量多元醇的质量比,制备了不同的多孔隙形状记忆聚合物,并测试其力学性能、玻璃化温度、热敏性能和观察其孔隙结构,分析了不同相对分子质量多元醇的质量比对其性能的影响规律。低相对分子质量与高相对分子质量多元醇的质量比越大,多孔隙形状记忆聚合物的硬度、压缩强度和弯曲强度越高,玻璃化温度、热形变温度、形变恢复温度和开孔率越低,泡孔尺寸越大,孔型系数和泡孔壁厚越大,结构的各向异性越强。研究表明,通过调整制备原料中不同相对分子质量多元醇的质量比,可获得具有一定力学强度,同时满足不同井下温度条件形状恢复、对不同粒径地层砂具有滤砂过流功能的完井用多孔隙形状记忆聚合物。

形状记忆聚合物及其应用

形状记忆材料可对热、化学、机械、光、磁或电等外加刺激的触发作出响应,从而改变自身的技术参数。形状记忆聚合物作为一类重要的形状记忆材料,在航空航天、生物医学、电力电子、包装、智能控制系统等领域具有广泛的应用。分析了形状记忆聚合物的形状记忆机理,并介绍了几类常见的形状记忆聚合物及其在各领域中的应用,最后提出了形状记忆材料研究中的一些不足及解决措施。

热致感应型形状记忆聚合物

本文介绍了热致感应型形状记忆聚合物的形状记忆原理 ,数学模型 ,影响因素 ,种类以及近期的研究进展。

形状记忆聚合物基复合材料在航空航天领域的应用

20世纪80年代以来,形状记忆聚合物及其复合材料在航空航天领域的应用已得到广泛的研究。这些前景光明的智能材料正在空间展开结构、变形结构、智能轴、光学反射镜以及智能纺织面料等特殊领域中得以开发和验证。

聚甲基丙烯酸甲酯/星形聚乙二醇半互穿聚合物网络的形状记忆性能和分子机理

采用非共价复合方法,设计并合成了具有星形结构的聚甲基丙烯酸甲酯/星形聚乙二醇半互穿聚合物网络(PMMA/SPEG)和聚甲基丙烯酸甲酯/线性聚乙二醇半互穿聚合物网络(PMMA/LPEG).研究了PEG分子量对PMMA/SPEG和PMMA/LPEG的热性能、机械性能、动态机械性能和形状记忆性能的影响.结果表明,与PMMA/LPEG相比,星形结构的嵌入显著提高了PMMA/SPEG复合物的机械性能、形状回复率和回复速度.采用Edwards管道模型理论对其形状记忆效应的分子机理进行了阐释,利用材料的应力松弛特性对机理分析进行了验证.

形状记忆聚合物表面水下油黏附性的可逆调控

采用模板法在形状记忆聚合物表面获得一种具有形状记忆特征的表面微结构,在氧等离子作用下,表面呈现低黏附的水下超疏油特性.在外压作用下,表面微结构发生坍塌,失去水下超疏油性,同时表面对油滴呈高黏附特征.在120℃热处理后,表面微结构恢复到了原始状态,在等离子进一步作用下,表面即可恢复到最初的低黏附水下超疏油状态.因此通过外压、热处理及等离子作用即可实现对表面微结构及其水下油黏附性能的可逆调控.研究表明,表面不同的微结构状态赋予表面不同的黏附性能,在原始表面液滴处于低黏附的Cassie态,而在坍塌结构表面水滴处于高黏附的Wenzel态.