注：這是包含智能聚合物（1）趨勢(shì)，（2）材料/工藝進(jìn)展和（3）應(yīng)用的三部分系列的第一篇文章。
在過(guò)去的一個(gè)世紀(jì)中，聚合物的基本性能被使用，比如結(jié)構(gòu)性，絕緣性或光學(xué)性。在新的千禧之年，聚合物逐漸智能化，能適應(yīng)環(huán)境。
智能聚合物可確保優(yōu)化其特性或其所屬系統(tǒng)的特性。智能聚合物及其應(yīng)用的兩個(gè)早期例子是：
•眼鏡鏡片中的光致變色聚碳酸酯（PC），其中光致變色聚碳酸酯鏡片材料會(huì)因陽(yáng)光而可逆地變暗。
•熱收縮聚烯烴薄膜在包裝應(yīng)用中，其中熱量施加到聚合物薄膜上，并且在其覆蓋的任何東西上不可逆地緊縮。這種材料通常用作許多類型包裝的外包裝。
正在開(kāi)發(fā)基于各種刺激/適應(yīng)性特性組合的不斷增加的智能聚合物譜，以滿足汽車，航空航天，醫(yī)療，消費(fèi)者，工業(yè)和其他市場(chǎng)領(lǐng)域中不斷增長(zhǎng)的應(yīng)用。智能聚合物的廣泛新興趨勢(shì)正在開(kāi)發(fā)基于更多的刺激/適應(yīng)性特性組合的智能聚合物系列，以滿足汽車，航空航天，醫(yī)療，消費(fèi)，工業(yè)和其他市場(chǎng)領(lǐng)域中不斷增長(zhǎng)的應(yīng)用。
智能聚合物對(duì)刺激相應(yīng)的屬性類型
開(kāi)發(fā)智能聚合物有多種途徑，即：
•添加劑，如熱變色，光變色或電變色染料/顏料中的磁性氧化物粉末。
•嵌段共聚物和進(jìn)化形態(tài)，其中形狀記憶聚合物作為激勵(lì)器用于通過(guò)結(jié)晶和片段的熔合觸發(fā)形狀變化，例如，與丙烯酸丁酯片段共聚的己內(nèi)酯二甲基丙烯酸酯。
•在拉伸狀態(tài)下交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，例如熱收縮塑料的開(kāi)發(fā)。
•聚合物合金。
可逆性或不可逆性是首要考慮因素。可逆材料可以對(duì)刺激進(jìn)行多個(gè)響應(yīng)/適應(yīng)循環(huán)，而不可逆材料必須重置以重復(fù)它們對(duì)新刺激循環(huán)的反應(yīng)。
不可逆性具有歷史的可追溯性。例如，可以追溯不可逆的熱變色聚合物在運(yùn)輸或儲(chǔ)存期間是否超過(guò)溫度臨界值。
可逆性使得可以多次使用相同的設(shè)備，例如，用于外部控制人體溫度的醫(yī)療測(cè)溫帶?？赡嫘钥赡軟](méi)有用，對(duì)特定的應(yīng)用沒(méi)有意義，例如，在用于包裝的熱收縮薄膜中。
智能聚合物的應(yīng)用范圍涵蓋高科技，復(fù)雜，新穎和普通的領(lǐng)域。智能聚合物具有可以通過(guò)溫度，濕度，電場(chǎng)或磁場(chǎng)，pH和應(yīng)力改變的性質(zhì)。它們可以改變形狀和顏色，變得更堅(jiān)硬或由于外部刺激而產(chǎn)生電壓。
通過(guò)使用智能聚合物材料代替添加組件和質(zhì)量，工程師可以在各種意外情況下賦予產(chǎn)品/結(jié)構(gòu)內(nèi)置響應(yīng)，。在它們的各種形式中，這些材料可以作為通過(guò)改變諸如形狀和剛度的特性來(lái)適應(yīng)其環(huán)境的激勵(lì)器，或者作為向致動(dòng)器提供關(guān)于環(huán)境或結(jié)構(gòu)變化的信息的傳感器。
智能聚合物發(fā)展的關(guān)鍵是我們?cè)诜肿铀缴蠈?duì)世界日益增長(zhǎng)的理解，以及我們?cè)谠撍缴喜倏v它的能力。由于科學(xué)家們了解了導(dǎo)致聚合物結(jié)構(gòu)構(gòu)象變化的化學(xué)和觸發(fā)因素，并設(shè)法利用和控制它們，因此預(yù)計(jì)在未來(lái)十年內(nèi)，具有特殊性能和能夠與更大環(huán)境適應(yīng)的智能聚合物將會(huì)激增。
形狀記憶聚合物和其他智能聚合物中固有的特性有可能成為汽車先進(jìn)材料領(lǐng)域的游戲改變者，最終導(dǎo)致車輛子系統(tǒng)在發(fā)生損壞時(shí)可以自我修復(fù)，或者可以設(shè)計(jì)為改變顏色或外觀。
在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，智能聚合物正在化學(xué)配制，以感知生物系統(tǒng)中的特定環(huán)境變化，并以可預(yù)測(cè)的方式進(jìn)行調(diào)整，使其成為藥物輸送或其他代謝控制機(jī)制的有效工具。
智能織物和智能紡織品利用目前處于萌芽階段的智能聚合物和巧妙的電子產(chǎn)品，可以實(shí)現(xiàn)巨大的增長(zhǎng)。智能織物和互動(dòng)紡織品的全球市場(chǎng)預(yù)計(jì)到2015年將達(dá)到15億美元。
智能聚合物在清潔能源生產(chǎn)方面具有相當(dāng)大的前景。預(yù)計(jì)到2015年，全球電活性聚合物（EAP）執(zhí)行器和傳感器市場(chǎng)將增長(zhǎng)至2.75億美元。
讓我們仔細(xì)看看形狀記憶聚合物（SMP）系統(tǒng)，為我們?cè)谶@個(gè)新興塑料技術(shù)領(lǐng)域提供一個(gè)理解的起點(diǎn)。由CRG Inc.生產(chǎn)的Veriflex是一種完全交聯(lián)的雙組分苯乙烯基熱固性SMP樹(shù)脂體系。
可完全成型的熱固性SMP，據(jù)說(shuō)可以像濕層疊環(huán)氧樹(shù)脂一樣加工，也可以采用熱變色形式，在其轉(zhuǎn)變溫度下改變顏色，發(fā)出準(zhǔn)備好被模塑，成型和成型的信號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)和熱致變色Veriflex樹(shù)脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）均為62攝氏度。
在彈性狀態(tài)下，Veriflex可以重塑并拉長(zhǎng)至200％。如果在限制為新形狀的情況下冷卻，則聚合物硬化并且可以無(wú)限期地保持其變形構(gòu)型。
該材料的特征在于觸發(fā)段。在高于Tg（Tform）的溫度下，材料可以容易地變形。當(dāng)材料冷卻到Tg（Tcool）以下時(shí)，將保持變形的形狀。當(dāng)材料再次加熱到高于Tg的溫度時(shí)，材料將“記住”或恢復(fù)其原始形狀。應(yīng)該在處于完全彈性狀態(tài)時(shí)操縱材料，該狀態(tài)高于下面所示的溫度轉(zhuǎn)變范圍。
形狀記憶聚合物（SMP）Tg玻璃化轉(zhuǎn)變溫度曲線（左）和自愈合SMP（右）
可定制的Veriflex具有從-30℃到260℃的定制熱轉(zhuǎn)換溫度，具有極高的溫度和低溫范圍。CRG還在研究未來(lái)可能響應(yīng)光，電場(chǎng)或磁場(chǎng)等刺激的系統(tǒng)。
Veriflex E（環(huán)氧樹(shù)脂）具有標(biāo)準(zhǔn)Veriflex的SMP特性，具有環(huán)氧樹(shù)脂的韌性/強(qiáng)度。 Veriflex E可作為單組分或雙組分的可完全成型的熱固性SMP樹(shù)脂體系。單組分Veriflex E的活化溫度約為90攝氏度，雙組分Veriflex E的活化溫度為104攝氏度。
兩者都是開(kāi)模固化的。在彈性狀態(tài)下，超過(guò)95％（單組分樹(shù)脂）和100％（雙組分樹(shù)脂）伸長(zhǎng)是可能的。
Veriflex EH（環(huán)氧樹(shù)脂，愈合）是一種基于環(huán)氧樹(shù)脂的SMP的自我修復(fù)版本。Veriflex EH可使用真空輔助樹(shù)脂傳遞模塑（VARTM），樹(shù)脂傳遞模塑（RTM）或濕法成型技術(shù)進(jìn)行加工。CRG還開(kāi)發(fā)了一種預(yù)浸料配方。
兩種恢復(fù)機(jī)制，形狀恢復(fù)和聚合物擴(kuò)散用于恢復(fù)高達(dá)原始機(jī)械性能的85％。形狀恢復(fù)使裂縫或受損區(qū)域恢復(fù)緊密的物理接觸。
第二種恢復(fù)機(jī)制，即聚合物擴(kuò)散，允許長(zhǎng)聚合物鏈擴(kuò)散穿過(guò)破壞線并恢復(fù)機(jī)械完整性。兩種愈合機(jī)制都是熱激活的，并在三到七分鐘內(nèi)完成。（文章來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）
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