自动编程形状记忆聚合物的编程机理和形变控制研究

Shape-memory polymer (SMP) is a smart material with the role of load-bearing, stimulate sensing and shape-change responding. However, for the traditional SMPs, the programming process that determines the temporary shape is a manual process with indispensable external manipulation, which may limit the shape operability and designability of SMP. The study plans to design an automatically programmable shape-memory polymer (AP-SMP), which is a bilayer polytriazole film with asymmetric hydrophilicity. This material can be deformed by the asymmetric swelling of the bilayer film with the help of water to a temporary shape, which could be fixed by the glass transition of the polymer. Upon heating, AP-SMP can revert to its permanent shape. We will systematically study the relationship between the shape-changing properties of AP-SMP and the polymer structure, designing scheme of bilayer film and automatical programming scheme. Based on these studies, we will analyze the mechanism of the automatical programming, and establish a shape-controlling scheme of AP-SMP. Moreover, we will design some 3D models of this material, and study their shape-memory properties. Through this study, we will introduce a new idea for the design of SMPs, and improve the intelligence of SMPs. Besides, it may help to improve the theoretical system of shape-controlling and shape-memory and lay a solid theoretical foundation for the further development of SMPs.

形状记忆聚合物是一种集承载、刺激感知、形变响应于一体的智能材料，然而传统形状记忆聚合物的形状编程为必须施加外力的手动编程，这限制了形状记忆聚合物的可操作性和可设计性。本申请拟设计一种可自动编程的形状记忆聚合物。该材料是一种具有不对称亲水性的聚三唑双层膜，可在水辅助下通过不对称溶胀实现自动变形，可通过玻璃化转变实现临时形状的固定，并可受热回复为初始形状，从而实现可自动编程的形状记忆。我们将系统研究该自动编程形状记忆聚合物的分子结构、双层膜设计方案以及自动编程方案与材料变形性能的关系，分析该材料的自动编程机理，并建立一套基于自动编程的形变控制方案，最后设计多种3D形状的材料模型，研究其形状记忆行为。通过本申请的研究，不仅为形状记忆聚合物提供新的设计思路，使形状记忆聚合物更加智能化，还有助于完善形变控制和形状记忆的理论体系，为形状记忆聚合物进一步发展奠定扎实的理论基础。

形状记忆聚合物是一种集承载、刺激感知、形变响应于一体的智能材料，然而传统形状记忆聚合物的形状编程为必须施加外力的手动编程，这限制了形状记忆聚合物的可操作性和可设计性。本项目设计了一种可自动编程的形状记忆聚合物。该材料是一种具有不对称亲水性的聚三唑双层膜，可在水辅助下通过不对称溶胀实现自动变形，可通过玻璃化转变实现临时形状的固定，并可受热回复为初始形状，从而实现可自动编程的形状记忆。通过双层膜结构中基膜和铰链膜的分子结构设计、双层膜设计、编程方案设计等，开展了VPTA分子结构、双层膜设计方案以及自动编程方案与AP-SMP变形性能关系的研究，分析了该类材料的自动编程机理，并研究了AP-SMP的形状控制方案。最终开发出了一种兼具可自动编程，变形形状可控，变形形状可稳定存在，且可双向可逆变形等一系列优点的形状记忆聚合物。通过本申请的研究，不仅为形状记忆聚合物提供新的设计思路，使形状记忆聚合物更加智能化，还有助于完善形变控制和形状记忆的理论体系，为形状记忆聚合物进一步发展奠定扎实的理论基础。