一种具有光电刺激响应双程形状记忆纤维及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有光电刺激响应双程形状记忆纤维及其制备方法，属于高分子、金属科学技术领域。该结构以光响应形状记忆聚合物SMP作为包裹料，以形状记忆合金SMA作为芯料，当光照射到SMP时，使其发生形状回复，并带动SMA卷曲变形。对SMA进行通电加热，使其形状回复，同时热能使SMP变软，并跟随SMA展开变形。通过对所述纤维结构进行光照和通电，可实现功能性的选择和大型可延展性设备的携带，与普通的形状记忆材料相比，该构造具有刚度大，质量体积小，可重复展开和折叠，易于控制等优点。易于控制等优点。易于控制等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种具有光电刺激响应双程形状记忆纤维及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种具有光电刺激响应双程形状记忆纤维及其制备方法，属于高分子、金属科学


技术介绍

[0002]形状记忆聚合物(Shape Memory Polymer,SMP)是一类既能在外界作用(温度、力等)下改变形状并保持临时形状、又能在外界刺激作用(热、光、磁等)下由临时形状逐渐回复到初始形状的高分子材料。SMP材料具有变形大、成本低、密度小、制备简单、组分易调控和易于成型等优点，因而成为近年来智能材料尤其是形状记忆材料领域的研究热点。
[0003]近年来，随着科学技术和制造业水平的发展与提高，SMP独特的形状记忆效应和可调谐弹性模量为基于SMP的柔性光/电子器件的研究和应用开辟了新的领域。SMP及其复合材料的新功能和新特性赋予了柔性光/电子器件更多的功能，从而实现一些新的应用。除此之外，4D打印技术的发展为制备具有刺激响应型的复杂三维智能结构件提供了更多的可行性。
[0004]众多国内外研究学者都对形状记忆复合材料做了大量的研究使SMP复合材料得到了前所未有的发展，然而关于SMP复合材料在实际中的应用依然还有很多问题需要解决。首先，在特定的应用环境中要求形状记忆复合材料具有全方位的性能，这就需要对SMP复合材料的性能和结构进行大量的研究，如增强材料和聚合物基体的界面结合情况以及对性能的影响等问题；其次，SMP复合材料的回复应力很低，这在很大程度上限制了其应用，虽然形变回复应力可以通过与其他材料共混得到一定程度的改善，但这种方法会导致形变回复率和形变应变降低；最后，大多数形状记忆效应的研究只是简单的形状收缩或者弯曲过程，双程或者多程形状记忆效应的研究仍在初始阶段，而具有可控的回复速度、更高的回复程度、准确的回复形状和较高的回复力的研究亟待解决。

技术实现思路

[0005][技术问题][0006]依靠SMP形状记忆效应驱动的弹性基体可实现重复展开和折叠，但SMP相变产生的驱动力较小，限制了弹性基体的模量，导致主动器刚度小，不满足可展开结构的工作需求。
[0007][技术方案][0008]基于上述技术问题，本专利技术将形状记忆聚合物(Shape Memory Polymer,SMP)与形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)构成一个组合纤维结构，本专利技术以SMP作为包裹料，SMA作为芯料，采用SMP充当弹性基体，弯曲折叠由SMP驱动，展开由SMA驱动。当温度大于玻璃化转变温度(T
g
)时弹性模量较小，可满足SMA驱动力限制；当温度小于T
g
时弹性模量较大，通过材料设计使展开锁定后的温度低于SMP的T
g
点，可达到提高刚度的目的。由此构造出刚度大、质量体积比小、可重复展开和折叠的SMA
‑
SMP双程记忆纤维材料。
[0009]本专利技术利用光致型SMP在光照的刺激下与记忆金属在电的刺激下能够从变形态逐
渐回复到初始态的特殊性能，设计了具有双程形状记忆效应的组合纤维结构。在光和电的配合下，该结构可以实现在光电控制下完成折叠展开过程。与普通的形状记忆材料相比，该构造具有刚度大，质量体积小，可重复展开和折叠，易于控制等优点。
[0010]本专利技术首先提供了一种具有光电刺激响应双程形状记忆纤维，所述具有光电刺激响应双程形状记忆纤维包括芯料以及包裹在芯料外层的包裹料，其中，所述芯料为SMA，所述包裹料为SMP。
[0011]在本专利技术的一种实施方式中，所述形状记忆合金包括Au
‑
Cd、Ag
‑
Cd、Cu
‑
Zn、Cu
‑
Zn
‑
Al、Cu
‑
Zn
‑
Sn、Cu
‑
Zn
‑
Si、Cu
‑
Sn、Cu
‑
Zn
‑
Ga、In
‑
Ti、Au
‑
Cu
‑
Zn、Ni
‑
Al、Fe
‑
Pt、Ti
‑
Ni、Ti
‑
Ni
‑
Pd、Ti
‑
Nb、U
‑
Nb或Fe
‑
Mn
‑
Si的任一种或几种。
[0012]在本专利技术的一种实施方式中，所述形状记忆聚合物为光致型形状记忆聚合物。
[0013]在本专利技术的一种实施方式中，所述光致型形状记忆聚合物包括含有N
‑
取代肉桂酰胺光敏结构单元的热塑性聚氨酯类多嵌段共聚物，交联的聚丙烯酸乙酯，偶氮苯侧链的聚乙烯醇单分子聚合物等的一种或几种。
[0014]工作原理如下：在空间利用方面，该结构在正常情况下有两种工作状态：收缩状态和展开状态。收缩状态的实现是通过光照照射光响应SMP，使其发生形状回复，并带动SMA弯曲变形。因此该设计要求既能节约空间，又能考虑到形状记忆聚合物材料的柔韧性，即形状记忆聚合物材料在弯曲成一定夹角时不会发生断裂。展开状态的实现是通过对SMA通电加热，SMA形状回复，同时热使SMP变软，并跟随SMA展开变形。该设计充分展现了记忆合金的记忆效应和伪弹性，由于采用SMP充当弹性基体，该过程产生的耗散能将大大减少。本专利技术通过光照实现本专利技术纤维结构的收缩状态，又能通过利用通电实现本专利技术纤维结构的展开状态，即可以完全用外界刺激实现双程形状记忆功能，无需使用人工外力，可重复展开和折叠，易于控制。
[0015]本专利技术还提供了上述具有光电刺激响应双程形状记忆纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0016]将SMA在外力作用下通过压轮，使其横截面积被压缩，以获得所要求的横截面积形状和尺寸；通过包覆工艺，将对应光响应SMP包覆到SMA外，即可制备得到上述具有光电刺激响应双程形状记忆纤维。
[0017]在本专利技术的一种实施方式中，为了提高柔韧度和整体度，让两根以上的SMA单线，交织在一起作为芯料。
[0018]在本专利技术的一种实施方式中，所述具有光电刺激响应双程形状记忆纤维的驱动过程包括：对光响应SMA
‑
SMP组合纤维进行光照处理使其形状回复，并带动SMA卷曲变形；对SMA
‑
SMP组合纤维进行通电，使SMA加热并带动处于高弹态下的SMP展开变形，实现光电刺激条件下的双程形状记忆效应。
[0019]本专利技术还提供了包含上述具有光电刺激响应双程形状记忆纤维的柔性电子器件或设备。
[0020]本专利技术还提供了上述具有光电刺激响应双程形状记忆纤维在高分子等领域的应用。
[0021]本专利技术相对于现有技术，具有以下的优点和效果：
[0022]本专利技术以具有形状记忆效应的物质作为结构材料，同时也是实现其转变的功能材
料，将形状记忆聚合物与记忆合金构成一个组合纤维结构，使其具有展开和折叠的功能。它本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有光电刺激响应双程形状记忆纤维，其特征在于，所述具有光电刺激响应双程形状记忆纤维包括芯料以及包裹在芯料外层的包裹料，其中，所述芯料为形状记忆合金SMA，所述包裹料为形状记忆聚合物SMP。2.根据权利要求1所述的一种具有光电刺激响应双程形状记忆纤维，其特征在于，所述形状记忆合金SMA包括Au
‑
Cd、Ag
‑
Cd、Cu
‑
Zn、Cu
‑
Zn
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Al、Cu
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Zn
‑
Sn、Cu
‑
Zn
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Si、Cu
‑
Sn、Cu
‑
Zn
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Ga、In
‑
Ti、Au
‑
Cu
‑
Zn、Ni
‑
Al、Fe
‑
Pt、Ti
‑
Ni、Ti
‑
Ni
‑
Pd、Ti
‑
Nb、U
‑
Nb或Fe
‑
Mn
‑
Si的任一种或几种。3.根据权利要求1或2所述的一种具有光电刺激响应双程形状记忆纤维，其特征在于，所述形状记忆聚合物SMP为光致型形...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文兵，刘均澔，钱坤，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：