光致型形狀記憶高分子材料分析

李闖（鄭州大學(xué)，河南 鄭州 450000）

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光致型形狀記憶高分子材料分析

李闖
（鄭州大學(xué)，河南 鄭州 450000）

摘要：近年來(lái)，形狀記憶高分子材料在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用，光致型形狀記憶高分子材料是其中的一個(gè)重要分支，其使用中體現(xiàn)出來(lái)較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。本文從光化學(xué)反應(yīng)型以及光熱效應(yīng)型的角度對(duì)光致型形狀記憶高分子材料進(jìn)行了分析，并在此基礎(chǔ)上分析了光致型形狀記憶高分子材料的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：形狀記憶；高分子材料；光致型；分析

在科技不斷進(jìn)步的過(guò)程中，從原始的類(lèi)型逐漸向功能以及智能的方向轉(zhuǎn)變，現(xiàn)階段使用的材料已經(jīng)能夠擁有良好的性能和作用，智能材料當(dāng)中的形狀記憶高分子材料現(xiàn)階段已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)可，其較大的變形量以及良好的柔韌性，在進(jìn)行加工的過(guò)程中體現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)。本文積極加強(qiáng)了光致型形狀記憶高分子材料分析，希望為我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

1　光致型形狀記憶高分子材料

1.1光化學(xué)反應(yīng)型

分子以及功能團(tuán)是光化學(xué)反應(yīng)的特性所在，其可以成為“分子開(kāi)關(guān)”的主要依據(jù)，在聚合物網(wǎng)絡(luò)中對(duì)“分子開(kāi)關(guān)”進(jìn)行應(yīng)用，就是光化學(xué)反應(yīng)型，可以對(duì)光致型形狀記憶高分子材料進(jìn)行制備?！胺肿娱_(kāi)關(guān)”在形狀記憶高分子材料中應(yīng)用的過(guò)程中，還可以稱(chēng)之為可逆交聯(lián)點(diǎn)，其構(gòu)成的基團(tuán)以及分子能夠體現(xiàn)出“解交聯(lián)或交聯(lián)”的功能，而這一過(guò)程中，相關(guān)控制需要借助一定的外界條件。而針對(duì)光致型形狀記憶高分子材料來(lái)講，對(duì)“分子開(kāi)關(guān)”進(jìn)行控制的外界條件主要是光源，通過(guò)實(shí)現(xiàn)“解交聯(lián)或交聯(lián)”的功能，促使記憶以及回復(fù)材料形狀的功能得以實(shí)現(xiàn)。人類(lèi)最早對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，對(duì)高分子網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用了肉桂酸基團(tuán)，這一過(guò)程中包含兩種途徑，從而促使光致型形狀記憶高分子實(shí)現(xiàn)了兩種結(jié)構(gòu)的制備。

首先，網(wǎng)絡(luò)中側(cè)鏈中的丙烯酸酯類(lèi)共聚物，被肉桂酸基團(tuán)所接枝的過(guò)程中，應(yīng)用了自由基共聚途徑，促使光致型形狀記憶高分子材料形成了接枝型結(jié)構(gòu)。將其轉(zhuǎn)變成薄膜以后，賦形可以在外力作用下得以實(shí)現(xiàn)，這一過(guò)程中，照射材料兩邊的光應(yīng)當(dāng)擁有260 nm以上的波長(zhǎng)，而具體在生成中包含兩個(gè)肉桂酸基團(tuán)分子，交聯(lián)現(xiàn)象產(chǎn)生以后，可以實(shí)現(xiàn)賦形，即固定的形狀；如果此時(shí)光照的波長(zhǎng)沒(méi)有達(dá)到260 nm，將嚴(yán)重破壞二聚體結(jié)構(gòu)在肉桂酸基團(tuán)中的體現(xiàn)，導(dǎo)致解交聯(lián)現(xiàn)象的產(chǎn)生，促使材料向原始狀態(tài)轉(zhuǎn)變[1]。

另一方面，網(wǎng)絡(luò)中側(cè)鏈中的丙烯酸酯類(lèi)共聚物中，對(duì)四臂星型的肉桂酸基團(tuán)中的大分子單體進(jìn)行引入，引入的方法為摻入法，促使光致型形狀記憶高分子材料形成了半互穿網(wǎng)絡(luò)型結(jié)構(gòu)。如果此時(shí)擁有260 nm以上波長(zhǎng)的光進(jìn)行照射，在有限的照射深度中，交聯(lián)現(xiàn)象將產(chǎn)生于肉桂酸基團(tuán)被照射的一端，促使收縮現(xiàn)象產(chǎn)生于側(cè)材料當(dāng)中，而沒(méi)有經(jīng)過(guò)照射的一端將不發(fā)生變化，從而促使卷曲現(xiàn)象發(fā)生于整體材料當(dāng)中。如果此時(shí)光照的波長(zhǎng)沒(méi)有達(dá)到260 nm，將導(dǎo)致回復(fù)現(xiàn)象產(chǎn)生于材料形狀當(dāng)中。經(jīng)過(guò)光照變形試驗(yàn)，科學(xué)家總結(jié)出，當(dāng)光致變形發(fā)生時(shí)，變化不會(huì)產(chǎn)生于材料自身的穩(wěn)定中，充分說(shuō)明外界的光源是控制其形狀記憶的主要途徑，溫度對(duì)其形狀記憶的影響幾乎為零。

1.2光熱效應(yīng)型

在高分子基體內(nèi)部引入光致熱材料，促使光致型形狀記憶高分子材料得以制備就是光熱效應(yīng)型。此時(shí)產(chǎn)生的材料實(shí)際上為熱致型形狀記憶材料，在對(duì)光致熱材料在體系中的體現(xiàn)進(jìn)行應(yīng)用的過(guò)程中，促使熱能對(duì)原有的光能進(jìn)行取代，并對(duì)高分子材料進(jìn)行誘導(dǎo)，促使其形狀發(fā)生轉(zhuǎn)變?？茖W(xué)家對(duì)光熱效應(yīng)型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，最早是在高分子體系中引入光熱效應(yīng)，促使光致型形狀記憶高分子材料得到制備。這一過(guò)程中，熱塑性彈性體的填充的過(guò)程中應(yīng)用了碳納米，照射過(guò)程中對(duì)紅外光進(jìn)行了應(yīng)用，熱能在碳納米管的作用下取代了光能，促使材料在產(chǎn)生形狀變化以后可以實(shí)現(xiàn)回復(fù)。

炭黑是碳納米顆粒的另一個(gè)名稱(chēng)，其使用中光熱效應(yīng)較強(qiáng)，研究者在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通常將其作為記憶材料的構(gòu)筑主體。相關(guān)專(zhuān)家在聚苯乙烯基體內(nèi)部引入碳納米顆粒，在對(duì)記憶高分子復(fù)合材料進(jìn)行形狀記憶的過(guò)程中，對(duì)紅外光效應(yīng)進(jìn)行了應(yīng)用[2]。如果紅外光對(duì)傳統(tǒng)的高分子基體進(jìn)行照射，則只可以吸收特定波長(zhǎng)的光，而在加入碳納米顆粒以后，相關(guān)材料的吸收能力大大提升，其范圍擴(kuò)大到500～4 000 cm-1。這充分說(shuō)明基體材料在使用中，吸收紅外光的強(qiáng)度在碳納米作用下大大提升。在研究相關(guān)材料形狀的記憶性能過(guò)程中，可以對(duì)角度法進(jìn)行充分的利用，在利用紅外光進(jìn)行照射的過(guò)程中，單組分的高分子基體材料在使用中的記憶回復(fù)速度以及效率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于復(fù)合體的高分子基體材料，這充分表明碳納米不僅可以促使吸收紅外光的強(qiáng)度提升，還可以促使相關(guān)基體材料在使用中擁有良好的記憶性能[3]。正是由于光熱效應(yīng)型光致型形狀記憶高分子材料在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中呈現(xiàn)出了這些特點(diǎn)，促使相關(guān)專(zhuān)家以及不同領(lǐng)域的科研人員意識(shí)到該材料在使用過(guò)程中的重要價(jià)值，然而現(xiàn)階段我國(guó)對(duì)這一材料的研究以及應(yīng)用還存在一定不足，需要更加深入的展開(kāi)研究。

2　光致型形狀記憶高分子材料的應(yīng)用

現(xiàn)階段，光致型形狀記憶高分子材料在使用過(guò)程中，相關(guān)優(yōu)勢(shì)可以滿(mǎn)足多個(gè)領(lǐng)域的生產(chǎn)需要，然而現(xiàn)階段針對(duì)該材料的研究還需要實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步深入，從而增加研究報(bào)道的數(shù)量[4]。目前對(duì)該材料應(yīng)用并進(jìn)行了詳細(xì)模擬的領(lǐng)域?yàn)樯镝t(yī)學(xué)，在進(jìn)行血管支架構(gòu)建的過(guò)程中，對(duì)該材料進(jìn)行了應(yīng)用，在大量實(shí)驗(yàn)以及模擬的背景下，如果不斷流動(dòng)的液體存在于模擬血管當(dāng)中，在消耗熱量的時(shí)候，無(wú)法有效回復(fù)該支架原有的形狀；如果液體處于靜止的狀態(tài)，經(jīng)過(guò)6 s的光照，該支架的形狀可以快速的回復(fù)。要想促使構(gòu)建的支架可以滿(mǎn)足多種使用環(huán)境，其使用的材料擁有多種選擇，包括玻璃化溫度以及密度等在材料中的不同體現(xiàn)。

隨著光致型形狀記憶高分子材料的功能越來(lái)越突出，研究者開(kāi)始注重對(duì)其的深入研究，現(xiàn)階段產(chǎn)生的主要疑問(wèn)包括回復(fù)率以及固定率在材料中始終較低，限制了其的廣泛應(yīng)用[5]。而不同領(lǐng)域在發(fā)展中對(duì)該材料的應(yīng)用以及功能要求不斷上升，專(zhuān)家研究過(guò)程中致力于突破其原有的循環(huán)記憶精度和力學(xué)性能。

同時(shí)，現(xiàn)階段擁有的光致型形狀記憶高分子材料類(lèi)型還較少，在對(duì)現(xiàn)有類(lèi)型黃總的制備條件以及變形機(jī)理進(jìn)行研究的過(guò)程中，還需要充分考慮引起變形的另一因素，即光照條件等，一系列問(wèn)題都需要進(jìn)行進(jìn)一步深入的探討，同時(shí)這也成為該材料未來(lái)研究的主要方向。

3　結(jié)論

綜上所述，近年來(lái)，在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的過(guò)程中，光致型形狀記憶高分子材料的功能以及性能被提升，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)看，其將對(duì)多個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展起到促進(jìn)作用，如人工肌肉以及智能控制系統(tǒng)等方面，都可以對(duì)其進(jìn)行充分的利用。但是從現(xiàn)階段的角度來(lái)看，該材料的理論研究以及實(shí)踐應(yīng)用都還存在一定的不足，本文在對(duì)其進(jìn)行分析的過(guò)程中，希望可以為我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展奠定一定理論基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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(P-01)

Analysis of the photoluminescence shape memory polymer

中圖分類(lèi)號(hào)：TB324

文章編號(hào)：1009-797X(2016)12-0061-02

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2016.12.026

作者簡(jiǎn)介：李闖（1993-），男，現(xiàn)鄭州大學(xué)本科在讀，研究方向?yàn)楦叻肿硬牧稀?/p>

收稿日期：2016-04-01