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基本信息

項(xiàng)目名稱：
新型形狀記憶材料的制備及其性能研究
小類：
能源化工
簡介：
形狀記憶材料是智能材料的一個重要分支，憑借其優(yōu)異的形狀記憶性能，引起了國內(nèi)外專家的廣泛關(guān)注，成為實(shí)驗(yàn)開發(fā)研究的熱點(diǎn)之一。本實(shí)驗(yàn)采用靜態(tài)聚合法合成聚丙烯腈微球，再用二步共混法制備新型形狀記憶材料。并將形狀記憶材料定型成薄膜狀和螺旋狀，對其進(jìn)行了TEM、XRD和FT-IR分析與形狀記憶性能等物理量的測試，確定了最佳聚合時間和最佳記憶溫度，證明了制得的形狀記憶材料具有優(yōu)異的性能。
詳細(xì)介紹：
形狀記憶材料作為集感知和驅(qū)動于一體的特殊功能材料，目前在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)研究方面取得了巨大進(jìn)展，并已在航空航天、醫(yī)學(xué)、工程及人們?nèi)粘Ｉ铑I(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。因此，形狀記憶材料成為目前熱門的功能材料之一。盡管形狀記憶材料性能優(yōu)異、用途廣泛，但大多制備工藝復(fù)雜，制作成本高，使其在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用受到限制，因此，各種新型形狀記憶材料及制備工藝正應(yīng)運(yùn)而生。 本實(shí)驗(yàn)以制備一種方法簡單、性能優(yōu)良、質(zhì)輕價廉、應(yīng)用廣泛的新型智能材料為目的，以丙烯腈和磷酸三丁酯為原料，采用靜態(tài)聚合法制備一系列聚合時間不同的聚丙烯腈微球，再以聚丙烯腈微球?yàn)楣潭ㄏ嗯c甲基丙烯酸甲酯共聚制成形狀記憶材料。再將其用乙酸乙酯溶解鋪成薄膜，研究在不同溫度下的記憶性能。并進(jìn)行TEM、XRD和FT-IR表征，確定了最佳聚合時間和最佳記憶溫度。 實(shí)驗(yàn)證明新型材料具有變形量大、賦形容易、絕緣保溫、柔韌高強(qiáng)、質(zhì)輕價廉、不銹蝕、易著色、可印刷等特點(diǎn)?；谶@些優(yōu)異性能，此新型材料在工程配件、管道防腐、火災(zāi)報(bào)警、包裝材料、電子零件等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。實(shí)驗(yàn)中，還將記憶材料溶制成螺旋狀，證明了在此狀態(tài)下具有良好的空間回復(fù)性能。因此，可將這種新型材料賦予其他形態(tài)，實(shí)現(xiàn)更廣闊的應(yīng)用。

作品圖片

  • 新型形狀記憶材料的制備及其性能研究
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作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

本實(shí)驗(yàn)以制備一種方法簡單、性能優(yōu)良、質(zhì)輕價廉、應(yīng)用廣泛的新型形狀記憶材料為目的，采用二步共混法制得了新型記憶變形材料，在不同溫度下測定形狀記憶性能。實(shí)驗(yàn)首先采用靜態(tài)聚合法制備聚丙烯腈微球，再以聚丙烯腈微球?yàn)楣潭ㄏ嗯c甲基丙烯酸甲酯聚合得到形狀記憶材料，對其進(jìn)性能測試及XRD、FTIR等表征，確定最佳制備條件和最佳記憶溫度。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

1）本文采用靜態(tài)聚合法制備聚丙烯腈微球，再用二步共混法制備形狀記憶材料，具有變形量大、賦形容易、分散性好、絕緣保溫、柔韌高強(qiáng)、質(zhì)輕價廉等特點(diǎn)。相對于以往文獻(xiàn)中以無機(jī)材料為固定相制備形狀記憶材料，更具優(yōu)越性； 2）實(shí)驗(yàn)將形狀記憶材料溶解于乙酸乙酯，再定型成薄膜狀和螺旋狀，研究薄膜在不同溫度下的平面記憶性能，并確定最佳記憶溫度，探究螺旋狀記憶材料的空間回復(fù)性能。使實(shí)驗(yàn)貼近生產(chǎn)實(shí)際，更具研究價值。

應(yīng)用價值和現(xiàn)實(shí)意義

形狀記憶材料是集感知和驅(qū)動于一體的特殊功能材料,備受人們矚目。廣泛用于人造衛(wèi)星天線、機(jī)械人和自動控制系統(tǒng)、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、能量轉(zhuǎn)換材料等領(lǐng)域。形狀記憶聚合物更以其優(yōu)良的綜合性能,較低的成本,加工容易,潛在巨大的實(shí)用價值而得到迅速的發(fā)展。而本實(shí)驗(yàn)制得的形狀記憶材料制備方法簡單易行、質(zhì)輕價廉、性能更為優(yōu)異，所以其應(yīng)用性更強(qiáng)，應(yīng)用范圍更廣。

學(xué)術(shù)論文摘要

以丙烯腈和磷酸三丁酯為原料，采用靜態(tài)聚合法制備一系列聚合時間不同的聚丙烯腈微球，再以聚丙烯腈微球?yàn)楣潭ㄏ嗯c甲基丙烯酸甲酯共聚制成形狀記憶材料。再將其溶解制成薄膜，研究在不同溫度下的記憶性能。并進(jìn)行XRD和FTIR表征，確定最佳聚合時間和最佳記憶溫度。

獲獎情況

2011年1月，本作品獲得河北科技師范學(xué)院第六屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎。

鑒定結(jié)果

無

參考文獻(xiàn)

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同類課題研究水平概述

經(jīng)過近30年的發(fā)展，形狀記憶高分子材料家族已經(jīng)擁有了上百個品種，部分材料成功工業(yè)化,在建筑、紡織、包裝等領(lǐng)域得到應(yīng)用。縱觀目前形狀記憶高分子材料的研究；除了追求綜合性能的進(jìn)一步改善外，在制備方法上，通過自組裝構(gòu)建超分子形狀記憶材料成為研究的一大熱點(diǎn)。另外，隨著人們對環(huán)境問題的日益關(guān)注及對自身健康的重視,環(huán)境友好的可降解形狀記憶材料及其在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用研究也備受關(guān)注。目前，已被發(fā)現(xiàn)的具有形狀記憶效應(yīng)的聚合物主要有：輻射交聯(lián)形聚乙烯、纏繞交聯(lián)形聚降冰片烯、交聯(lián)形反式聚異戊二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚氨酯等。通過多年的研究，國內(nèi)外的學(xué)者已經(jīng)從分子結(jié)構(gòu)及分子相互作用的角度,對形狀記憶高分子材料的記憶機(jī)理進(jìn)行解釋,并且已經(jīng)建立了一系列力學(xué)和數(shù)學(xué)的模型來模擬形狀記憶高分子材料形狀記憶的過程。 近幾年，形狀記憶材料的研究和應(yīng)用已有很大進(jìn)展，目前已有部分產(chǎn)品面世。例如姜敏、彭少賢等選用HDPE為主體材料,采用杜仲膠(TPI)與之共混并通過硅烷交聯(lián)的手段制備了形狀記憶性能優(yōu)異的形狀記憶高分子材料；龐瑞平討論了形狀記憶材料在變電器上的應(yīng)用，大大減少了污穢，小動物，覆冰，凝聚露水等導(dǎo)致的閃絡(luò)事故的發(fā)生；何慧、陳陽等采用氣相法二氧化硅(SiO2)對交聯(lián)EVA形狀記憶材料進(jìn)行改性，研究了兩種不同比表面積的SiO2對EVA/SiO2復(fù)合材料形狀記憶性能的影響；劉國勤、關(guān)春龍等綜述了形狀記憶聚合物的研究進(jìn)展,重點(diǎn)介紹互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物凝膠、共聚合凝膠和物理交聯(lián)的形狀記憶聚合物和化學(xué)交聯(lián)的形狀記憶聚合物。此外，日本三菱重工開發(fā)出強(qiáng)度小質(zhì)量輕的形狀記憶聚合物螺絲，用于手機(jī)、電視、電腦等輕型設(shè)備并利于再回收，該公司還提出，采用形狀記憶聚氨酯涂層的織“AZ-ekura”不僅可以防水透氣，而且其透氣性可以通過體溫加以控制，達(dá)到調(diào)節(jié)體溫的作用。 形狀記憶材料的產(chǎn)生和發(fā)展是材料領(lǐng)域的一次飛躍。這一領(lǐng)域的研究與開發(fā)孕育著新理論、新材料的出現(xiàn),涉及科學(xué)技術(shù)的振興。由于形狀記憶材料的研究成果會波及到信息、電子科學(xué)技術(shù)、生命科學(xué)、宇宙、海洋科學(xué)技術(shù)以及軟科學(xué)技術(shù)，且可以很大程度上提高人們的物質(zhì)生活,正日益受到國內(nèi)外各方面的關(guān)注。可以肯定，隨著高新技術(shù)的發(fā)展,終有一天會出現(xiàn)各種實(shí)用的形狀記憶材料。
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