南京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文開題報告

1、 畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告學(xué)生姓名： 管武榮 學(xué) 號： P1102110310 所在學(xué)院： 南京工業(yè)大學(xué)浦江學(xué)院 專 業(yè)： 高分子材料與工程 設(shè)計(論文)題目：選擇性激發(fā)遠(yuǎn)程控制聚合物自折 疊薄膜 指導(dǎo)教師： 寇佳慧，方亮 2015年1月15日 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告1結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述：文 獻(xiàn) 綜 述 一，1.形狀記憶聚合物原理。形狀記憶聚合物是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(xué)感應(yīng)等)的刺激，又可恢復(fù)其初始形狀的高分子材料。從分子結(jié)構(gòu)及其相互作用的機(jī)理

2、方面來看，可將形狀記憶聚合物看作是兩相結(jié)構(gòu)，即由記憶起始形狀的固定相、隨外界條件變化能發(fā)生可逆固化和軟化的可逆相組成。固定相使成形制品可以保持原始形狀記憶與回復(fù)的能力，而可逆相則能使形變發(fā)生并鎖定在臨時形狀，2者共同作用使材料具有了形狀記憶的能力。固定相一般是聚合物的交聯(lián)結(jié)構(gòu)、部分結(jié)晶結(jié)構(gòu)或超高分子鏈的纏繞結(jié)構(gòu)等；可逆相可以是產(chǎn)生結(jié)晶與結(jié)晶熔融可逆變化的部分結(jié)晶相，或發(fā)生玻璃態(tài)與橡膠態(tài)可逆轉(zhuǎn)變的相結(jié)構(gòu)。在高分子形狀記憶材料中，由于聚合物分子鏈問的交聯(lián)作用，即材料中固定相的作用束縛了大分子的運(yùn)動，表現(xiàn)出材料形狀記憶的特性。以熱致形狀記憶聚合物為例，由于可逆相在轉(zhuǎn)變溫度(Tg)會發(fā)生軟化一硬化可逆

3、變化，當(dāng)在Tg以上時，材料變?yōu)檐浕癄顟B(tài)，在外力作用下分子鏈段取向改變，使材料變形；而當(dāng)材料被冷卻至Tg以下時，材料硬化，分子鏈段的微布朗運(yùn)動被凍結(jié)，改變?nèi)∠虻姆肿渔湺伪还潭?，使得材料定型；?dāng)成形的材料再次被加熱時，可逆相結(jié)晶熔融，材料發(fā)生軟化，分子鏈段取向逐漸消除，材料又恢復(fù)到了原始形狀，從而完成一次記憶循環(huán)過程。2. 形狀記憶聚合物應(yīng)用。由于形狀記憶聚合物自身的優(yōu)異性能，它在許多工程領(lǐng)域具有巨大的潛在應(yīng)用價值和前景。近年來，形狀記憶聚合物在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、空間展開結(jié)構(gòu)以及紡織品等方面的應(yīng)用成為新的研究的熱點(diǎn)。2.1形狀記憶聚合物在航天領(lǐng)域的應(yīng)用受航天器尺寸的限制，大型的空間可展開結(jié)構(gòu)如天線、太

4、陽能電池陣、桁架等結(jié)構(gòu)在發(fā)射前通常要進(jìn)行折疊，在軌工作后需展開以達(dá)到工作狀態(tài)。因而，形狀記憶聚合物這種具有大變形特點(diǎn)的材料在空間可展開結(jié)構(gòu)領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力，近年來，這方面的研究已經(jīng)取得一定的進(jìn)展。美國Composite Technology Development(CTD)公司研究了折疊式展開鉸鏈，鉸鏈的結(jié)構(gòu)如圖所示，這種鉸鏈可實現(xiàn)多組驅(qū)動。這些形狀記憶聚合物結(jié)構(gòu)在發(fā)射前使其處于卷曲狀態(tài)或壓縮狀態(tài)，發(fā)射到達(dá)空間應(yīng)用環(huán)境后，施加刺激驅(qū)動形狀記憶聚合物材料發(fā)生形狀回復(fù)，以達(dá)到驅(qū)動整個器件展開展開的目的。這些主要是利用形狀記憶聚合物材料質(zhì)量輕、形變能力大，從而發(fā)射成本低的特點(diǎn)來降低器件發(fā)射前

5、的占用空間、并增加其展開半徑。2.2形狀記憶聚合物在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也是形狀記憶聚合物應(yīng)用研究一個熱點(diǎn)。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計，使形狀記憶聚合物具有生物降解性能，并用來制造各種醫(yī)療器械，Lendlein與Langer制造了一種具有生物降解功能的形狀記憶聚合物纖維。這種纖維可以被拉伸并固定于拉伸后臨時形狀，使用時，將其松散的縫合住傷口，而后加熱并超過其臨界溫度，回復(fù)初始形狀使傷口縫合，其具體過程如圖所示。形狀記憶聚合物可用來制作各種醫(yī)療器械，如實現(xiàn)血管中血液凝塊清除功能的形狀記憶聚合物微驅(qū)動器、可以探測腦部損傷的神經(jīng)探針驅(qū)動器，以及針形的腎臟透析器。這主要是應(yīng)用了形狀記憶聚合物的記憶效應(yīng)，通

6、過預(yù)變形與形狀回復(fù)達(dá)到減小傷口創(chuàng)面、加快康復(fù)速度以及減少人體后期損傷的目的。二，形狀記憶聚合物的遠(yuǎn)程激發(fā)根據(jù)刺激響應(yīng)條件的不同，SMP大致可分為熱致感應(yīng)型、磁致感應(yīng)型、電致感應(yīng)型、光致感應(yīng)型和化學(xué)感應(yīng)型等。由于溫度場便于控制、應(yīng)用范圍廣，目前熱致感應(yīng)型SMP研究較多；但在某些特殊情況下，如為避免造成周圍組織的損傷，對置入人體內(nèi)某一特定部位的SMP進(jìn)行調(diào)控時需利用其他外場（如光、電、磁及pH等）的刺激。1. 磁致感應(yīng)型大部分SMP只能在一種暫時的形態(tài)和永久形態(tài)之間循環(huán)，即雙元的形狀記憶效應(yīng)。這是因為此類聚合物只有一個形狀記憶轉(zhuǎn)變點(diǎn)，如玻璃化轉(zhuǎn)變、熔點(diǎn)轉(zhuǎn)變等。但如果加上一種化學(xué)或者物理條件來限制其

7、形狀記憶轉(zhuǎn)變，那么形狀記憶聚合物就可以在兩種暫時的形態(tài)和一種持久的形態(tài)間轉(zhuǎn)變，即三元形狀記憶作用。2011年He等制備了一種三元SMP復(fù)合材料，包括純SMP部分、CNT填充部分以及Fe3O4填充部分，根據(jù)CNT和Fe3O4對電磁波具有不同的頻率響應(yīng)而產(chǎn)生階段形變回復(fù)。當(dāng)將樣品放置在1356 MHz的射頻場時，只有SMPCNT部分有響應(yīng)，因而也只有該部分可實現(xiàn)形變回復(fù)；當(dāng)將射頻頻率調(diào)至296 kHZ時，SMPFe3O4部分可吸收射頻能量，產(chǎn)生此段部分形狀記憶；最后在烘箱中加熱，純SMP部分形變回復(fù)。通過這個過程，可以得到3種暫時的形變，而且這種選擇性驅(qū)動的多種形變回復(fù)方式的精確控制都很容易實現(xiàn)。

8、2. 光致感應(yīng)型光致SMP能通過光照生熱而不需升高環(huán)境溫度來誘發(fā)形變。為了增強(qiáng)光致熱效應(yīng)，SMP組成顆粒的分子結(jié)構(gòu)起到了關(guān)鍵性作用。例如，激光PU醫(yī)療設(shè)備需要填充一些納米顆粒如導(dǎo)熱陶瓷、炭黑或CNT，吸收光產(chǎn)生熱效應(yīng)，從而實現(xiàn)形狀記憶功能。另外，這些納米顆粒填料還能提高原SMP材料的剛度和應(yīng)變回復(fù)水平。例如，對于PUCNT形狀記憶材料，由于CNT在光致熱效應(yīng)下與PU柔性轉(zhuǎn)變部分的結(jié)晶協(xié)同作用，材料的形狀回復(fù)率可以達(dá)到100，但如果使用炭黑材料則限制了PU的形狀，回復(fù)率僅為25303電致感應(yīng)型近年來，研究人員將導(dǎo)電填料添加到形狀記憶聚合物基體中制得了各種電致型形狀記憶聚合物復(fù)合材料，這些材料可以

9、通過電流生熱使體系溫度升高，實現(xiàn)形變回復(fù)。2005年，Cho等制備了聚氨酯（PU）多壁碳納米管(MWCNT)復(fù)合材料，該復(fù)合材料展示出非常好的電致形狀記憶功能，加入5(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的MWCNT可使形變后的PU在40 V電壓下10 S內(nèi)回復(fù)到原狀。三總結(jié)形狀記憶聚合物具有感應(yīng)溫度低、價廉、易加工成型、適應(yīng)范圍廣等特點(diǎn),因此,近年來受到了人們廣泛的關(guān)注,并在形狀記憶聚合物的品種開發(fā)、應(yīng)用等方面取得了很大的進(jìn)展。但尚存在著許多不足之處,如形變回復(fù)力小、回復(fù)精度不高、且為單向記憶等,因而在形狀記憶聚合物的分子設(shè)計、具有形狀記憶功能的聚合物基復(fù)合材料的研究等方面仍有許多重要工作可做。在應(yīng)用開發(fā)方面的工作也

10、還不夠,除了輻射交聯(lián) P E 等少數(shù)品種的形狀記憶聚合物大批量地生產(chǎn)和使用之外,其它品種的使用仍較少,還有待進(jìn)一步的市場開發(fā)。參考文獻(xiàn)1 葉玉婷，孟凡成，張驍驊，李清文.碳納米管在形狀記憶聚合物中的應(yīng)用研究進(jìn)展. 材料導(dǎo)報.2012,26(23):55592 張晶晶，張香蘭，王一龍，馬永梅，曹新宇，王佛松. 磁場響應(yīng)形狀記憶聚合物復(fù)合材料的研究進(jìn)展.石油化工.2012,41:2302343 朱光明. 形狀記憶聚合物的發(fā)展及應(yīng)用.2002,03:61634 郭瑞斌，胡惹惹，李莉，孟劭聰，莫尊理. 形狀記憶聚合物及其應(yīng)用.化學(xué)教育.2014,16:155張大偉. 苯乙烯形狀記憶聚合物及其光、磁驅(qū)動

11、特性的研究.2011,3:11146 加藤順功能性高分子材料北京：中國石化出版社，1987：1301347 陳輝玲，童德文，曹新宇，等中國材料進(jìn)展，2011，30 (11)：40458 壟，朱光明，唐玉生電致型形狀記憶聚合物復(fù)合材料的研究進(jìn)展材料導(dǎo)報：綜述篇，2011，25(7)：99Behl M，Lendlein A. Actively Moving Polymers . Soft Matter，2007（3）：58 6710 Hu J L，Lu JAdvSci Technol，2013，80(30)：3038 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）一課題研究本論文的主要內(nèi)容是結(jié)合Fe3O4和CNT的選擇性激發(fā)與三重形狀記憶聚合物(EVA)，制備一種新型選擇性激發(fā)遠(yuǎn)程控制聚合物自折疊薄膜，其可以完成在不同射頻強(qiáng)度下完成2D3D2D3D2D的形狀變化。二實驗內(nèi)容1.使用密煉機(jī)完成EVA和不同含量CNT和Fe3O4的機(jī)械混合。2.對所制備的EVA進(jìn)行熱硫化，測量EVA物料的交聯(lián)密度和熱學(xué)性能。3.測定不同射頻強(qiáng)度下含有不同含量CNT和Fe3O4的EVA在特征頻率下的溫度。4.測量含有不同含量CNT和Fe3O4的EVA在不同射頻強(qiáng)度下的形狀回復(fù)率