胡安卡洛斯国王大学利用离子弹性体制造形状记忆复合材料

据外媒报道，西班牙马德里的一组研究人员开发了一种制造形状记忆复合材料的方法，有助于发展适用于工业等一系列领域的材料。

（图片来源：MDPI）

形状记忆聚合物在生物医学和建筑行业具有较好的应用潜力。不久的将来，汽车和航空航天方面的需求将进一步促进相关产品发展。但是，与形状记忆合金相比，形状记忆聚合物在机械性能方面具有局限性，例如柔韧性。
胡安卡洛斯国王大学（Rey Juan Carlos University）Antonio González-Jiménez博士领导的团队详细介绍，如何增强产品特性，如交联性、改变变形特性，以及向聚合物基质中添加弹性体和填充物，以生产性能优异的形状记忆材料。

智能材料
形状记忆材料属于智能材料，也称为功能材料。这种材料可以根据外部环境条件做出反应，并进行调整。在受到各种刺激后，能够物理改变形状并恢复至初始形态。
随着软致动器（soft actuator）等先进元件的发展，不同构成的多功能形状记忆材料受到关注。研究人员致力于开发新型智能材料，使其对光、热、磁场、电以及水和湿度等各种刺激做出反应。González-Jiménez博士解释：“近年来，人们采取不同的方法，以获得可在临时形状内保持弹性的聚合物，包括具有弹性基质液体结晶弹性体的互穿可结晶热塑性网状物，以及弹性体和小分子添加剂的混合物。”
该团队致力于三个主要目标。第一，评估引入导电填料（碳黑）和纳米填料（多壁碳纳米管）对与共价键和离子键交联的XNBR复合材料的网络结构和形状记忆性能的影响；第二，通过研究各种填料的粘弹性行为、机械性能和电学性能，比较各种填料的强化效率；第三，在使用具有增强热传导和电导率的离子弹性体的基础上，发展当代先进应用的概念证明。

形状记忆弹性体复合材料
长期以来，研究人员一直在不同程度上探讨，在XNBR复合物中引入导电和纳米填充物所产生的影响，旨在创建提高形状记忆材料各种功能的方法，如弹性、导电性和热稳定性。González-Jiménez博士表示：“创建弹性行为，使材料改变为不同形状。最常见的的方法是引入对偶网络（dual network），其中至少有一个呈现热转变，例如玻璃转化或熔化温度。”
马德里的研究人员引入具有高比表面的碳黑和多壁碳纳米管。制备样品后，通过一系列测试和方法，观察形状记忆行为、电导率和热导率。该团队发现，强化弹性和耐热行为，可使样品恢复至原始或永久形状，表现出形状记忆功能。González-Jiménez博士解释说：“引入碳纳米管，可以获得最佳固定性能（与未填充材料相比，可提高4-10%)。”使用纳米管增强是最有效的方法，而碳黑的强化效果相对较小，所需要的填充量超过纳米管的两倍。
该团队通过引入碳黑和碳纳米管填料，成功开发了形状记忆弹性体复合材料，增强了材料的形状记忆行为。此外，研究人员观察到固定性能和导热性能得到提升，以及开发可以通过电流操纵材料的可能性。
总的来说，这项研究为选择性恢复形状开辟了领域，还需要深入评估特定应用领域。这将拓展形状记忆复合材料的应用潜力。