[发明专利]一种可选择性响应的形状记忆聚合物结构及其制备方法

说明书

本发明提供了一种可选择性响应的形状记忆聚合物结构及其制备方法，包括如下步骤：用形状记忆聚合物制作具有若干空腔的本体结构；在本体结构的空腔内填充纳米粒子溶液，所述纳米粒子溶液在外部激励作用下可生热；将填充纳米粒子溶液的本体结构加热，通过外力使本体结构变形；将变形后的本体结构冷却定形，定形后的本体结构在外部激励作用下可恢复到外力变形前的本体结构。本发明通过向空腔内部选择性地注入各种类别和不同浓度的粒子液，赋予了结构多种激励方式，顺序可控响应能力和可选择性响应多种外部刺激的能力。

技术领域

本发明涉及形状记忆材料制备领域，特别涉及一种可选择性响应的形状记忆聚合物结构及其制备方法。

背景技术

形状记忆聚合物(SMP)是一种优异的刺激响应材料，具有在施加外部刺激后从临时形状恢复为永久形状的能力，其形状记忆效应可以通过直接加热、磁场、电、光和水等激励来触发。形状记忆聚合物目前已应用于各种领域，如空间可展开结构，关节肌肉，智能执行器，微创手术缝合线，组织工程支架，活动组装/拆卸和纺织品等。

现有的大多数形状记忆聚合物只可以响应单一的外部激励方式，无法使用多种激励方式进行选择性可控的形状恢复。例如，纯的形状记忆聚乳酸具有单一的热响应形状记忆能力。有些形状记忆聚合物具有两种激励方式，如通过向基体中添加磁性纳米颗粒可以赋予材料磁响应能力，可同时实现磁响应和热响应，但由于其本质都是通过热响应实现激励，且粒子均布于整个基体中，无法分别用交变磁场和直接加热对样品的不同部位进行选择性恢复，也无法实现样品不同部位的顺序恢复。

为了实现形状记忆聚合物对多种外部刺激的选择性响应，现有的研究主要通过形状记忆聚合物和纳米粒子溶液的直接共混来赋予其额外的激励方式。哈尔滨工业大学的冷劲松课题组通过分别向形状记忆聚合物基体中共混纳米Fe₃O₄和碳纳米管，采用分步热聚合的方式将SMP，纳米Fe₃O₄-SMP共混体和碳纳米管-SMP共混体制备成一个样品的三个不同区域，该样品可以通过交变磁场(Fe₃O₄-SMP区域响应)，射频场(碳纳米管-SMP区域响应)和直接加热(SMP区域响应)三种激励方式进行选择性形状恢复，其中每个区域只能响应特定的一种激励方式。上述文献只能实现简单的，如矩形结构的制备，难以实现较复杂结构的成型，且对材料的粘结性有较高要求，较大限制了材料的选择。

中国专利文献公开了一种具有选择性刺激回复功能微图案薄膜的制备方法，将Fe₃O₄、碳纳米管和螺吡喃分别与SMP共混，将其分别滴加到4块相连的具有表面微图案的硅片上分别进行热固化，成形后的方形件可以用磁场(Fe₃O₄-SMP区域响应)，射频场(碳纳米管-SMP区域响应)，紫外光(螺吡喃-SMP区域响应)和热(SMP区域响应)四种激励方式进行选择性形状恢复。上述专利的制备方式极其繁琐，需要特制的模具，且分块聚合需要花费大量时间。

上述专利和文献都是通过形状记忆聚合物和纳米粒子溶液的直接共混来赋予其额外的激励方式，然而，共混方法存在较多弊端：首先，工序精确度要求较高，纳米粒子溶液在SMP中的分散程度、粒子含量、粒子表面与基体的接触性都会对共混复合材料的可打印性、形状记忆能力和力学性能产生较大影响，需要精确控制纳米粒子溶液的分散度、含量、表面修饰方式、粒径大小、粒子种类以减少其在树脂中的团聚。纳米粒子溶液的直接共混还限制了材料的加工手段，比如树脂内部的颗粒会折射紫外激光，且长时间打印会造成树脂内部粒子的沉积，致使直接共混材料无法适用于光固化3D打印工艺。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种可选择性响应的形状记忆聚合物结构及其制备方法，解决了现有的采用共混手段制备形状记忆复合结构所造成的工序繁琐，加工方式受限等问题。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种可选择性响应的形状记忆聚合物结构的制备方法，包括如下步骤：