形状记忆聚合物在4D打印技术中的应用现状.docVIP

- PAGE - PAGE 10 - 摘要 近几年来,随着4D智能打印技术的进一步兴起和快速发展,打破了对传统3D动态打印技术的静态打印制约。以前3D打印的技术还不能做短期完成的科学研究,如今4D智能打印的技术基本上都已经能够长期实现。采用形状记忆智能聚合物的材料智能结构是一种在外部环境的作用和刺激下能够快速恢复初始材料形状的聚合物智能材料。然而,3D智能打印材料制造工艺的发展限制了这种聚合物智能材料的结构复杂性和应用的灵活性,而4D智能打印的技术则很有可能进一步被应用和发展成为形状记忆聚合物智能材料。本文主要是综述了目前采用形状记忆智能聚合物的材料变形反应机理、制备的方法及其实际应用,总结了目前形状记忆聚合物智能材料还应用中存在的一些问题及未来进一步发展的方向。目前采用了形状记忆智能聚合物的4D智能打印聚合物形状记忆材料智能聚合物结构已广泛应用于医药生物学、航空航天、柔性材料以及电子医疗设备等诸多领域,并且在未来具有良好的发展前景。 关键词 4D打印；形状记忆聚合物；变形机理；制备方法；应用 第一章 绪论 1.1课题研究的背景及意义 形状记忆聚合物材料是一种泛指材料具有某一特定的初始记忆形状，在一定的条件下经过变形或者固定后，通过热、光、电、磁等外部化学条件的作用和刺激，能够迅速恢复其原始记忆形状的一种智能材料[1]。近年来，随着智能材料科学技术研究和加工制造智能材料技术的不断的发展与提高，形状记忆材料聚合物的形状记忆材料的效应和其可以相互调谐的弹性模量为形状记忆效应为聚合物的效应为医药生物、航天航空、电子器件的科学研究和制造技术应用发展开辟了新的研究领域。 随着世界科技进步的不断发展，前两年的3D打印技术已经升级为了4D打印技术。4D打印比3D打印多了一个“D”（时间维度）[2]，人们可以利用程序设置模型和时间，变形材料会在设置的时间内变形为所需要的形状。准确地说4D打印是一种能够自动变形的材料，可以直接把设计放置到物料当中，可以不需要连接任何复杂的机电设备，就能自动变形成相应的形状。4D打印技术为生物医疗领域的进一步发展提供了新的机会。比如:人们利用形状记忆聚合物的主动修复变形的机理在临床微生物学的多领域广泛应用到了口腔手术缝合线、食道修复工程支架、血管修复工程支架、组织修复工程支架、微创骨组织修复等，这种骨修复技术具有良好的支架和器官制造能力，为严重的器官修复功能短缺问题提供了有效解决的方案，为先进的骨组织修复工程和其他智能器官植入技术提供了新的思路。使得形状记忆修复聚合物很好地满足了现代生物医学在多领域的应用，但需要具备并进一步改善形状记忆聚合物的化学稳定性、生物化学相容性、生物化学可降解性等的综合应用性能。比如:由于形状记忆SMP优良的智能生物化学相容性和生物可降解性[3]，使得形状记忆SMP在现代生物医学在多领域的应用中发挥至关重要的作用。由于形状记忆SMP良好的器官回复性能，SMP也常常被用来制作成血栓清除器血管驱动器、药物释放装置，以及血管支架、气管支架等各类新型生物支架。 1.2形状记忆聚合物的国内外应用研究的发展现状 国内研究的发展现状：近几年来，国内关于形状记忆温控开关聚合物的相关技术研究也取得了一些实质性的突破。如北京中科院化学研究所严瑞芳[4]等人通过控制天然杜仲胶的形状交联反应制备出了医用材料的多功能记忆温控材料等；还有如青岛化工学院金属高分子与材料工程学系黄宝琛[5]等人成功的进行了关于人工合成反式聚异戊二烯聚合物的形状记忆温控材料的相关技术研究；还有如北京航空航天大学金属材料科学系王诗任[7]等人对乙酸/醋酸乙烯共聚物(EVA)材料进行了相关研究，研究结果发现EVA的材料形状交联回复率主要的两个影响因素之一是材料和分子链的形状交联回复程度，随着分子链的交联回复程度的增加，材料的形状交联回复率也不断的提高，但是形状的固定率不断的降低；另外还有诸如上海交通大学的应用化学系等一些科研单位也都开展了这两个方面的课题研究。 国外研究的发展现状：形状记忆效应聚合物在国外的应用发展也很快。特别是日本，例如，1988年，日本可乐公司成功地研制出结晶度为40%的用硫磺和其他过氧化物进行交联的反式活性聚异戊二烯形状记忆效应材料；1988年，日本旭化公司成功研制开发出一种由反式聚苯乙烯和反式聚丁二烯两种材料组成的新型高性能的形状记忆效应聚合物共聚物复合材料。除了日本，其他的国家也都有对形状记忆效应聚合物的相关技术研究，比如：美国CTD公司在1990年研制开发出一系列的具有良好形状记忆效应的热固性新型环氧树脂聚合物材料，这种环氧树脂材料主要广泛应用在太空流体力学领域，该环氧树脂材料在太空环境温度较高的条件下也可以具备良好的流体力学性能及对形状效应的回复记忆能力；日本和德国目前也成功研究开发出了一种新型的可