形狀記憶材料精品資料精品資料僅供學習與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝僅供學習與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝PAGE2形狀記憶材料摘要：材料是現(xiàn)代社會發(fā)展的三大支柱產(chǎn)業(yè)之一，本文介紹了形狀記憶材料的概念，發(fā)展歷史，記憶效應(yīng)產(chǎn)生的原理和分類應(yīng)用。形狀記憶材料主要分為三種：形狀記憶合金、形狀記憶陶瓷、形狀記憶聚合物。由于形狀記憶效應(yīng)的獨特記憶效應(yīng)的性質(zhì)，廣泛的應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域和醫(yī)學領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：形狀記憶材料、記憶效應(yīng)、形狀記憶合金、形狀記憶陶瓷、形狀記憶聚合物一．引言材料、信息、能源被稱為現(xiàn)代社會發(fā)展的三大支柱產(chǎn)業(yè)，材料對當代社會的進步和發(fā)展起著十分重要的作用。科技的不斷進步對材料各個方面的性能的要求越來越高，智能化的材料已經(jīng)成為一種趨勢，而形狀記憶材料的更是引起了國內(nèi)外的研究熱潮。自上個世紀以來，形狀記憶材料獨特的性能引起了人們的極大的興趣。由于形狀記憶材料具有形狀記憶效應(yīng)、高溫復形變、良好的抗震性和適應(yīng)性等優(yōu)異性能，有著傳統(tǒng)驅(qū)動器不可比擬的性能優(yōu)點，形狀記憶合金由于具有許多優(yōu)異的性能，而廣泛應(yīng)用于航空航天、機械電子、生物醫(yī)療、橋梁建筑、汽車工業(yè)及日常生活等多個領(lǐng)域。二．形狀記憶材料的概念形狀記憶材料[]shapememorymaterialsSMM）是指具有一定初始形狀的材料經(jīng)過形變并固定成另一種形狀后，通過熱、光、電等物理或化學刺激處理又恢復成初始形狀的材料。三．形狀記憶材料的發(fā)展史1932狀被改變之后，一旦加熱到一定的躍變溫度時，它又可以魔術(shù)般的回到原來的形狀，人們把具有這種特殊功能的合金稱為形狀記憶合金。1938Cu-Zn合金里發(fā)現(xiàn)了馬氏體的熱彈件轉(zhuǎn)變，隨后前訴蘇聯(lián)對這種行為進行了研究。1951年美國的里德等人在金鎘合金中也發(fā)現(xiàn)了形狀記憶效應(yīng)，然而在當趣和重視。1962金絲做實驗。在實驗的過程中，他們發(fā)現(xiàn)，當溫度升到一定數(shù)值時，這些已經(jīng)拉直的鎳鈦合金絲突然又恢復到原來的彎曲狀態(tài)，他們反復做了多次實驗，結(jié)Ni-Ti合金中的形狀記憶效應(yīng)，才開創(chuàng)了“形狀記憶”的實用階段。四．形狀記憶效應(yīng)機理形狀記憶效應(yīng)]分為三種類型：（1）單程記憶效應(yīng)：形狀記憶材料較低的溫度下變形，加熱后可恢復變形前的形狀，這種只在加熱過程中存在的形狀記憶現(xiàn)象稱為單程記憶效應(yīng)。（2）雙程記憶效應(yīng)：某些材料加熱時恢復高溫相形狀，冷卻時又能恢復低溫相形狀，稱為雙程記憶效應(yīng)。（3）全程記憶效應(yīng)：加熱時恢復高溫相形狀，冷卻時變?yōu)樾螤钕嗤∠蛳喾吹牡蜏叵嘈螤睿Q為全程記憶效應(yīng)。大部分合金和陶瓷記憶材料是通過熱彈性馬氏體相變而呈現(xiàn)形狀記憶效應(yīng)的。馬氏體相變具有可逆性，將馬氏體向高溫相（奧氏體）的轉(zhuǎn)變稱為逆轉(zhuǎn)變。形狀記憶效應(yīng)是熱彈性馬氏體相變產(chǎn)生的低溫相在加熱時向高溫僅供學習與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝僅供學習與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝PAGE4精品資料相進行可逆轉(zhuǎn)變的結(jié)果。這種可逆轉(zhuǎn)換是具有一定條件的：（1）馬氏體相變是熱彈性的。（2）母體與馬氏體相呈現(xiàn)有序點陣結(jié)構(gòu)。（3）馬氏體內(nèi)部是欒晶變形的。（4）相變時在晶體學上具有完全可逆性。圖1.三種變形示意圖五．形狀記憶材料的分類及應(yīng)用常見的形狀記憶材料有形狀記憶合金(ShapeMemoryAlloys，SMAs)、形狀記憶陶瓷(ShapeMemoryCeramics，SMCs)以及形狀記憶聚合物(ShapeMemoryPolymers，SMPs)LlJ。形狀記憶合金具有形狀記憶效應(yīng)的合金叫形狀記憶合金[3](ShapeMemoryAlloy，簡稱SMA)。它是通過熱彈性④與馬氏體相變及其逆相變而具有形狀記憶效應(yīng)的由兩種以上金屬元素所構(gòu)成的材料。一般來說，給金屬施加外力使它變形，之后取消外力或改變溫度，金屬通常不會恢復原形；而這種合金在外力作用下雖會產(chǎn)生變形，當把外力去掉，在一定的溫度條件下，能恢復原來的形狀。由于它具有百萬次以上的恢復功能，因此叫做"記憶合金"。人們發(fā)現(xiàn)的具有形狀記憶效應(yīng)的合金有50多種。按組成和相變特征可分為三大類：Ti-Ni系形狀記憶合金：精品資料精品資料僅供學習與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝僅供學習與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝PAGE5TiNi、TiNi、TiNi，近年又開發(fā)了Ti-Ni-Cu、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Cr、Ti-Ni-2 3Pb、Ti-Ni-Nb等新型合金；銅基系形狀記憶合金：主要有Cu-Zn-Al、Cu-Al-Ni、Cu-Au-Zn；鐵基系形狀記憶合金：應(yīng)用前景最好的是Fe-Mn-Si-Cr-Ni、Fe-Mn-Co-Ti。形狀記憶合金主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域和醫(yī)學領(lǐng)域[4]。在工業(yè)領(lǐng)域中：（1）利用單程形狀記憶效應(yīng)的單向形狀恢復。如管接頭、天線、套環(huán)等。（2）外因雙向記憶恢復。即利用單程形狀記憶效應(yīng)并借助外力隨溫度升降做反復動作，如熱敏元件、機器人、接線柱等。（3）內(nèi)因性雙向記憶恢復。即利用雙程記效應(yīng)隨溫度升降做反復動作，如熱機、熱敏元件等。但這類應(yīng)用記憶衰減快、可靠性差，不常用。（4）超彈性的應(yīng)用。如彈簧、接線柱、眼鏡架等。在 學中的應(yīng)用：TiNi合金的生物相容性很好，利用其形狀記憶效應(yīng)和超彈性的醫(yī)學實例相當多。如血栓過濾器、脊柱矯形棒、牙齒矯形絲、腦動脈瘤夾、接骨板、髓內(nèi)針、人工關(guān)節(jié)、避孕器、心臟修補元件、人造腎臟用微型泵等。形狀記憶陶瓷氧化鋁、氧化硅等陶瓷[5]有很好的耐熱性、耐腐蝕性、耐磨性和機械強度。但在室溫或相近溫度下沒有塑性變形， 不能進行象金屬加工上用的塑加工，因此必須進行切斷， 切削、研磨。這樣在進行精加工、復雜形狀的工時， 需要很多手續(xù)。陶瓷材料具有優(yōu)良的物理性質(zhì)，但不能在室溫下進塑性加工，性質(zhì)硬脆，因而限制了它的許多應(yīng)用。形狀記憶陶瓷按照形狀記效應(yīng)產(chǎn)生的機制不同，可以分為黏彈性形狀記憶陶瓷、馬氏體相變形狀記憶瓷、鐵電性形狀記憶陶瓷和鐵磁性形狀記憶陶瓷。陶瓷的形狀記憶效應(yīng)與合和高分子相比有以下特點：首先是形狀記憶陶瓷的形變量較小；其次是形狀形變，再將其冷卻，然后再加熱至一定溫度，陶瓷的形變就會恢復至初始狀ZrO2、BaTiO3、KNbO3、PbTiO3等，這些形狀記憶陶瓷主要用于能量儲存執(zhí)行元件和特殊功能體，而相轉(zhuǎn)變類型則有順鐵-鐵電轉(zhuǎn)變和逆鐵電-的優(yōu)點。而鐵磁性形狀記憶陶瓷可經(jīng)受順磁-鐵磁、順磁-逆鐵磁或軌道有序-其具有形狀記憶能力，在透射式電子顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，它的分子結(jié)構(gòu)是“雙層100a來的數(shù)學假設(shè)是相吻合的。但陶瓷易碎是其障礙，而讓陶瓷能彎曲并擁有形狀記憶的關(guān)鍵在于讓其變得很小。研究者首先制造出肉眼看不見的小陶瓷，進而再使單個晶粒跨越整個結(jié)構(gòu)，并剔除了晶1%1m7%~8%能被彎曲而不破碎的性能。形狀記憶聚合物形狀記憶聚合物]指具有初始形狀的制品，在一定的條件下改變其初始形狀并固定后，通過外界條件(如熱、光、電、化學感應(yīng)等)的刺激，又可恢復其初始形狀的高分子材料。與形狀記憶合金和陶瓷相比，形狀記憶聚合物由于其刺激方式多樣化、質(zhì)輕價廉、更優(yōu)異的彈性形變、力學性能可在較寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)、潛在的生物相容性及生物可降解性、柔韌性好、變形溫度范圍可調(diào)整、原材料充足、易加工成型、耐腐蝕、電絕緣性和保溫效果好等優(yōu)勢，成為被大力發(fā)展的一種新型形狀記憶材料。1981年，熱致形狀記憶聚合物交聯(lián)聚乙烯[73的發(fā)現(xiàn)，使具有形狀記憶功能的聚合物材料得到了很大程度的發(fā)展，并作為功能材料的一個重要分支倍受關(guān)注。固態(tài)的形狀記憶聚合物材料(如含氟塑料和聚氨酯)和高分子凝膠是形狀記憶聚合物的兩大體系，都屬于新型功能高分子材料的范疇。在已發(fā)現(xiàn)的所有形狀記憶聚合物中，根據(jù)形狀恢復響應(yīng)條件的不同，可將他們分為：熱致形狀記憶聚合物、電致形狀記憶聚合物、光致形狀記憶聚合物、化學感應(yīng)形狀記憶聚合物。形狀記憶聚合物具有質(zhì)輕價廉、易于成型、形狀恢復溫度較容易調(diào)整且與體溫相當?shù)奶攸c，其中一些聚合物生物相容性良好、可生物降解，因此在醫(yī)療器械、矯形固定、手術(shù)縫合、人工組織及器官和藥物緩釋體系等生物醫(yī)學領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。四．研究展望形狀記憶材料作為當今研究熱點之一，引起了國內(nèi)外研究者的重視。形狀記憶材料的應(yīng)用領(lǐng)域已涉及醫(yī)學⑦、工業(yè)、建筑業(yè)、航天、日常生活[8]用品等方面。但相比于國外研究進展而言，我國在形狀記憶材料方面的研究還相對較落后，形狀記憶材料仍存在一些不足之處亟待解決。在形狀記憶合金方面，有關(guān)其抗疲勞性能的研究報道較少，并且其研究方法還不夠規(guī)范，因此應(yīng)加強形狀記憶合金的抗疲勞性能研究，同時有必要建立一套統(tǒng)一的研究方法和合理的評價體系，這樣其使用的安全性和可靠性就有了依據(jù)。關(guān)于形狀記憶高分子，我國研究起步相對較晚，雖然近年來也取得了較大的進步，但在材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計和研制方面，仍處于借鑒美國、日本等研究成果的階段，因而結(jié)構(gòu)設(shè)計成為形狀記憶高分子材料研究的重點之一。形狀記憶陶瓷近年來的可觀研究成果相對于形狀記憶合金和形狀記憶高分子來說甚少，雖然其形狀記憶效果沒有形狀記憶合金和形狀記憶高分子好，但改善陶瓷的形狀記憶性能將會很大程度上拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。參考文獻：于明昕,周嘯.溶液法合成聚氨酯的形狀記憶材料及其性能[J]版),2002,42(5):607-610.DOI:10.3321/j.issn:1000-0054.2002.05.012.金學軍,張玉龍,徐祖耀等.形狀記憶材料的熱力學設(shè)計[J].上海交通大學學報,2003,37(12):1817-1820.DOI:10.3321/j.issn:1006-2467.2003.12.001.精品資料精品資料[3]MMANJAIAH,SNARENDRANATH,S[J]國有色金屬學報（英文版）,2014,(1):12-21.DOI:10.1016/S1003-6326(14)63022-3.[J].,2004,35(z1):6-10.DOI:10.3321/j.iss