火星作為距離地球較近的行星之一被認(rèn)為在大約40億年前擁有與地球相似的地質(zhì)和氣候條件、擁有孕育生命的可能性。探索火星變成現(xiàn)在“荒漠行星”的原因?qū)ρ芯康厍虻淖匀谎葑?、生命起源和演化具有指?dǎo)意義。因此火星探測(cè)勢(shì)在必行。形狀記憶聚合物復(fù)合材料作為典型的先進(jìn)功能材料，可在有效減輕載荷的同時(shí)實(shí)現(xiàn)自主變形，極大地提高結(jié)構(gòu)的智能化水平，將推動(dòng)我國(guó)深空探測(cè)工程的技術(shù)革新。

形狀記憶復(fù)合材料——最有效的智能復(fù)合材料

最近，研究人員在《聚合物》雜志上發(fā)表了他們的研究成果，重點(diǎn)介紹了形狀記憶聚合物(SMPs)作為最高效的智能聚合物復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)。

形狀記憶聚合物(SMPs)是一種智能材料，能夠變形并鎖定為臨時(shí)形狀，然后在暴露于外部刺激時(shí)可以恢復(fù)其原始的永久形狀。SMPs的一個(gè)顯著特征是它們能夠在形狀記憶效應(yīng)(SME)過程中保留兩個(gè)以上的臨時(shí)形狀，這使它們成為需要在各種條件和多種外部刺激下控制的智能系統(tǒng)的優(yōu)秀候選者。在形狀記憶效應(yīng)中，SMPs通過負(fù)責(zé)保持其原始永久形狀的網(wǎng)點(diǎn)來記憶其原始永久形狀，而SMPs通過負(fù)責(zé)臨時(shí)形狀的交換域來實(shí)現(xiàn)其可逆形狀變化。

根據(jù)發(fā)表在《國(guó)際工程雜志》上的一項(xiàng)研究，研究人員正在利用這些特殊類型的智能聚合物復(fù)合材料的特性，將它們用于人造肌肉纖維的開發(fā)。

SMPs的力學(xué)限制限制了其在結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的應(yīng)用;然而，它們可以廣泛應(yīng)用于部件的機(jī)械響應(yīng)較少關(guān)注的領(lǐng)域。這為在生物醫(yī)學(xué)部件中使用SMPs開辟了道路。

在最近的發(fā)展中，肌肉纖維是由低過渡溫度聚合物和熱塑性彈性體與高剛度聚合物(如聚乳酸(PLA))混合而成的。這種共混物表現(xiàn)出通過共價(jià)鍵、分子間相互作用和交聯(lián)形成的網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)和分子開關(guān)相。

為了制備SMP合金薄膜，采用雙輥裝置在熱和強(qiáng)剪切力下熔化和混合聚合物組分，包括TPU(0 ~ 70%)、ABS(0 ~ 70%)和EVA(0 ~ 50%)。在合金體系中加入EVA可以提高纖維伸長(zhǎng)率，而加入ABS相則可以提高纖維的模量。結(jié)果顯示smp在熱驅(qū)動(dòng)下的拉伸行為、收縮和能量釋放之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性。這些纖維被強(qiáng)烈推薦用于合成肌肉的制造。

雙向形狀記憶聚合物是一種僅需一次賦形，即可在外界環(huán)境交替變化下完成兩個(gè)形狀間自發(fā)地可逆轉(zhuǎn)變的智能材料，既簡(jiǎn)化了操作流程，又提高了自動(dòng)化程度。

研究纖維微屈曲變形在整個(gè)形狀記憶循環(huán)過程中的行為具有十分重要的意義。

織物增強(qiáng)形狀記憶聚合物復(fù)合材料具有更好的力 學(xué)性能和更大的設(shè)計(jì)空間。對(duì)這方面的研究將極 大地推動(dòng)可變形結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展。

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