功能分子材料论文(共5页)

1、北京科技大学20142015学年 秋季(qij)学期功能分子材料化学进展课程论文(lnwn) 课程编号4060399院（系）：化学(huxu)与生物工程学院 班级：化学1201学号：41266014 姓名：林晓海题目：简述形状记忆材料摘要: 由于形状记忆材料具有较大的可回复应变和回复应力,在以后的日常生活中有较大的应用前景，本文主要讲述了形状记忆材料本质与类型,介绍了几种常见形状记忆材料的性能特点及其在各个领域的广泛应用,同时阐述了其现状与未来的发展前景。关键字:形状记忆材料 形状记忆效应 马氏体前言：形状记忆材料(shape memory materials，简称SMM)： 是指具有一定初始

2、形状的材料经形变并固定成另一种形状后，通过热、光、电等物理刺激或化学刺激的处理又可恢复成初始形状的材料。形状记忆材料是集感知和驱动于一体的特殊功能材料,备受人们瞩目。广泛用于人造卫星天线、机械人和自动控制系统、仪器仪表、医疗设备、能量转换材料等领域。其主要类型包括:形状记忆合金、形状记忆陶瓷、形状记忆聚合物等。1形状记忆材料形状记忆材料是集感知和驱动于一体的特殊功能材料,备受人们瞩目。广泛用于人造卫星天线、机械人和自动控制系统、仪器仪表、医疗设备、能量转换材料等领域。形状记忆高分子材料种类很多，根据形状回复原理可分为电致感应型、光致感应型、化学感应型、热致感应型等。根据材料类型分类主要类型包括

3、:形状记忆合金、形状记忆陶瓷、形状记忆聚合物等。11.1形状记忆合金目前,人们已发现的形状记忆合金有50多种,根据合金相组成和相变特征,具有较完全形状记忆效应的合金主要(zhyo)分为钛-镍系列形状记忆合金、铜基系列形状记忆合金和铁基系列形状记忆合金。钛-镍系列合金是目前形状记忆合金中研究最全面、记忆性能最好、实用性强的合金材料。并且可以通过(tnggu)加入第3种元素、增加镍的含量、低温时效处理等方法提高合金的形状记忆性能和加工性能,拓宽应用范围。如用于航天、舰艇、海上石油平台等方面的液压管路接头;核反应堆工程中的热敏元件等。铜系列形状记忆合金种类比较多,主要(zhyo)包括Cu-Zn-Al

4、及Cu-Zn-Al-X(X=Mn、Ni),Cu-Al-Ni及Cu-Al-Ni-X(X=Ti、Mn)和Cu-Zn-X(X=Si、Sn、Au)等系列。但是,铜系列合金的形状记忆效应明显低于钛-镍合金。提高这类合金的形状记忆性能的主要方法是加入适量的稀士和Ti、Mn、V、B等元素。另外,由于这类合金的优点在于原料充足、容易加工、价格低、转变温度宽、热滞后小、导热性好,因此,具有一定的发展空间。铁系列形状记忆合金开发的比较晚,但因其具有便宜、易于加工、强度高、刚性好等特点而受到国内外的普遍重视,虽然铁合金的形状记忆效应不如钛-镍系列合金,但通过加入Ti、Cr、Co、Ni等元素进行改进,因此,发展的前途

5、非常大。1.2形状记忆材料陶瓷目前,研究最多的是以氧化锆为主要成分的形状记忆元件。这种材料的塑性变形温度为0300e,负荷应力为503 000 MPa。这种材料的形状记忆效应受Y2O3、CaO、MnO等添加剂的影响。并且,通过调整化学成分,可以控制操作温度。陶瓷形状记忆材料很有可能作为能量储存执行元件和特种功能材料。1.3形状记忆聚合物 形状记忆聚合物简称为SMP,并以其优良的综合性能,较低的成本,加工容易,潜在巨大的实用价值而得到迅速的发展。目前,已被发现的具有形状记忆效应的聚合物主要有:辐射交联形聚乙烯、缠绕交联形聚降冰片烯、交联形反式聚异戊二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚氨酯等。这些形状记

6、忆聚合物是由保持固定品形状的固定相和在某种温度下能可逆地发生软化-硬化的可逆相组成;固定相的作用是初始形状的记忆和恢复,第二次变形和固定则由可逆相来完成;固定相可以是聚合物中的交联结构、部分结晶结构、聚合物的玻璃态或分子链的缠绕等。可逆相则为产生结晶与结晶熔融可逆变化的部分结晶相,或发生玻璃态与高弹态可逆转变的相结构。除了热刺激方法产生形状记忆外,通过光、电、化学等方法处理刺激也可以产生形状记忆功能。广义的讲,凡是具有固定相和软化-硬化可逆相转变结构的聚合物都可以作为形状记忆聚合物。22形状记忆效应(xioyng)形状记忆效应是指发生马氏体相变的合金形变后，被加热到终了温度以上，使低温的马氏体

7、逆变为高温母相而回复到形变前固有形状，或在随后的冷却过程中通过(tnggu)内部弹性能的释放又返回到马氏体形状的现象。它是指具有一定形状的固体材料,在某种条件下经过一定的塑性变形后,加热到一定温度时,材料又完全恢复到变形前原来形状的现象。即它能记忆母相的形状。形状记忆效应主要分为(fn wi)单程形状记忆效应、双程形状记忆效应和全程形状记忆效应3种类型。单程形状记忆效应是指材料在高温（奥氏体状态）下制成某种形状，在低温（马氏体状态）时将其任意变形，再加热时恢复高温相形状，而重新冷却时不能恢复低温相的形状；双程形状记忆效应又称可逆形状记忆效应。材料加热时恢复高温相形状，冷却时恢复低温相形状，即通

8、过温度升降自发可逆地反复地恢复高低温相的形状；全程形状记忆效应是指材料加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的高温相形状。它是一种特殊的双程形状记忆效应。从形状记忆效应机理上看,大部分合金和陶瓷等记忆材料的形状记忆效应是通过马氏体相变而完成的。也就是热弹性马氏体相变产生的低温相在加热时向高温相进行可逆转变的结果。但这种转变是有条件的,以合金为例,其条件必须是:马氏体相变是热弹性的;母体与马氏体相呈现有序点阵结构;马氏体内部是孪晶变形的;相变时在晶体学上具有完全可逆性。3.形状记忆材料(cilio)的应用SMM 中的相变伴随着材料性质的显著变化，例如，应力、弹性模量、阻尼、形状恢复能

9、力、热导率、热胀系数、电阻率、磁导率、柔韧率、蒸汽渗透性、介电常数等，因此，SMM 可以自适应外部环境的变化，例如，温度、应力、磁场和电场。一般说来，SMM 的应用范围(fnwi)可概括如下：（1）、传感：SMM 对外部环境（如热、应力、磁场和电场）的变化非常(fichng)敏感，因此可用于传感应用。（2）、自适应应用：由于 SMM 的相变引起其各种性质的显著变化，可广泛应用于智能自适应系统。（3）、开关和控制应用：环境对 SMM 的刺激必须达到临界值才使其动作，故可用于开关和控制应用。（4）、执行器：SMM 的超弹性或准弹性可提供极大位移并为执行器提供巨大动作力，适于执行器应用。（5）、记忆

10、和恢复应用：SMM 的形状或其它变化是可逆的，因此可应用于需要记忆和恢复的各种领域。（6）、能量储存和转换：SMM 可存储很多能量，因此可应用于下列能量转换：热能-机械能、化学能-机械能、磁能-机械能和电能-机械能。（7）、阻尼：SMM 的阻尼特性来源于其特征微结构和相变，大部分 SMM 都具有较高的固有阻尼性。3从上世纪50年代中期开始各国都积极致力于对形状记忆合金应用的开发。该合金逐步广泛用于电子、电器、汽车、机械、能源、家电、宇航、建设、医疗等领域中。利用记忆合金在特定温度下的形变功能，可以制作多种温控器件，可以制作温控电路、温控阀门，温控的管道连接。人们已经利用记忆合金制作了自动的消防

11、龙头-失火温度升高，记忆合金变形，使阀门开启，喷水救火。制作了机械零件的连接、管道的连接，飞机的空中加油的接口处就是利用了记忆合金-两机油管套结后，利用电加热改变温度，接口处记忆合金变形，使接口紧密滴水（油）不漏。制作了宇宙空间站的面积几百平米的自展天线-先在地面上制成大面积的抛物线形或平面天线，折叠成一团，用飞船带到太空，温度转变，自展成原来的大面积和形状。TiNi合金的生物相容性很好，利用其形状记忆效应和超弹性的医学实例相当多。 如血栓过滤器、脊柱矫形棒、牙齿矫形丝、脑动脉瘤夹、接骨板、髓内针、人工关节、心脏修补元件、人造肾脏用微型泵等。结论(jiln)：形状记忆材料(cilio)因其优异(yuy)的性能目前已发展到几十种，在航空、军事、工业、农业、医疗等领域有着用途，而且发展趋势十分可观，它将大展宏图、造福于人类。虽然形状记忆材料现在已经成规模地应用到部分领域中了,但对于它的普及还需要一段时间。相信通过世界众多科研工作者的努力终有一天会让它更出色地为我们的生产生活服务。参考文献：1张万喜. 高分子形状记忆材料的研究进展J. 材料导报,1993,02:45-50.2马超. 形状记忆材料的应用与发展J. 辽宁化工,2006,01:30-32+55.3史永基,曹慧敏,叶芳,刘刚田. 智能材料和智能结构形状记忆材料J. 传感器世