多孔形状记忆材料是什么？特点及应用领域介绍

1.多孔形状记忆材料

多孔形状记忆聚合物，可定义为任何具有多孔三维宏观结构的形状记忆聚合物，即既具有多孔结构也具有形状记忆性能的功能复合材料，在受到外界刺激时能发生几何形变和体积形变。通过不同的制作工艺，多孔形状记忆材料可分类为泡沫、框架、网状物以及其他具有多孔三维宏观结构的聚合物基材。这些材料在纺织、生物医学设备、组织工程和航空航天等多个行业都有应用。比如在医学领域被用作药物输送载体、骨组织工程框架和光学传感器。由生物材料制备得到的多孔形状记忆聚合物因其独特的优势，可应用于微创手术植入，并在植入后发生需要的几何变化。

2. 多孔形状记忆材料的特点

(1)多孔结构的存在提供了气体或液体的可通过性和尺寸选择性。例如纺织物智能化是纺织科学面临的挑战之一，带有多孔的形状记忆材料为此提供了良好的解决方案：将形状记忆开关温度设定在室温附近，环境温度较低时孔尺寸降低，织物发挥保暖作用;而高温时孔径增大，有利于热量散失。

(2)形状记忆效应的存在，为孔结构调控提供基础：孔结构的精确调控是多孔材料领域的核心课题之一;基于形状记忆效应和宏观/微观尺度的仿射形变，通过宏观形变方式控制微观孔结构也将为此提供新思路

(3)形状记忆材料一定程度的多孔化，可达到微孔增韧的效果。当孔洞较小(处于一定范围内)且分布较均匀时，会在其周围引发大量的银纹和剪切带以分散和吸收能量，从而达到增韧的效果。

3.多孔记忆材料的应用

多孔形状记忆材料的应用领域包括生物医药、航空航天以及消费类应用等。

(1)生物医用

①组织重建。多孔聚合物框架大量运用于组织工程应用中，其聚合物基体可充当组织向内生成的框架并在目标组织再生期间为细胞提供临时结构支撑。

②血管栓塞。形状记忆聚合物用于生物医学的报道有很多。不同于传统形状记忆聚合物的应用，多孔形状记忆聚合物除了形状记忆性能以外，还具有高比表面积以及曲折的流动通道，可作为栓塞血管装置。Metcalfe 等人首次证明了无细胞毒性、无导致突变且具有良好内体治疗的多孔形状记忆聚合物具有作为栓塞的潜力，运用于栓塞治疗(栓塞治疗又称栓塞术，是指将塞物有目的地植入到病变器官的供血管内，使其发生闭塞从而中断供血，以达到控制出血、血管性病变、治疗肿瘤和消除病变器官功能的目的)。

(2)航空航天应用

形状记忆聚合物泡沫已被提出应用于太空。在太空中使用的大型结构，例如太阳能电池板、太阳帆、遮阳罩以及雷达天线都需要沉重且耗费空间的机械装置进行部署和控制，因此低质量和具有可展开体积成为太空材料需要具备的条件。形状记忆泡沫在从被压缩的临时形状回复到原始形状时，能够以最小的能量输入实现大的体积膨胀。

(3)纺织业

在纺织品研究领域，形状记忆泡沫已被视为一种轻质量、在高温条件具有隔热性能的热响应智能填充材料。对此，Chung等人研制出一种具有开孔结构的基于聚氨酯的形状记忆泡沫。他们测量了该泡沫对空气的渗透性以及作为隔热材料的效果。结果表明，该泡沫材料在高温条件下可作为良好的热绝缘体;其空气渗透性在泡沫被压缩时受阻，但是当泡沫在热的条件下膨胀后渗透性变好。

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