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智能高分子材料的研究进展

大学材料学院高分子1201

摘要：智能高分子材料是材料研究的新领域,本文综述了智能高分子材料的分类及研究

现状。主要介绍了形状记忆高分子材料、智能高分子膜、智能药物释放体系、智能高分

子凝胶、智能纤维织物的研究现状及应用，并展望了智能高分子材料的前景。

关键词：智能高分子；薄膜；形状记忆；药物释放；凝胶；纤维织物；应用

前言：

智能高分子材料又称机敏材料，也被称为刺激-响应型聚合物或环境敏感聚

合物，是智能材料的一个重要的组成部分。它是通过分子设计和有机合成的方法

使有机材料本身具有生物所赋予的高级功能：如自修与自增殖能力，认识与鉴别

能力，刺激响应与环境应变能力等。环境刺激因素很多，如温度、pH值、离子、

电场、磁场、溶剂、反应物、光(或紫外光)、应力和识别等，对这些刺激产生有

效响应的智能聚合物自身性质会随之发生变化。它的研究涉及到众多的基础理论

研究，波及信息、电子、生命科学、宇宙、海洋科学等领域，不少成果已在高科

技、高附加值产业中得到应用，已成为高分子材料的重要发展方向之一。

1.智能高分子材料的类别及应用

智能材料按材料的种类可分为金属类智能材料、非金属类智能材料、高分子

类智能材料和智能复合材料。其中，智能高分子材料的研究最广。其不完全类别

及应用如下表：

类别应用

记忆功能高分子应力记忆功能高分子；形状记忆材料；色泽记忆材料等

智能高分子凝胶溶胀及体积相变化；刺激响应；化学机械系统等

智能药物释放体系生物传导响应体系列化：靶向药物；结合药物；表面与

界面功能与性能的设计；表面，界面的响应等

智能高分子膜选择透过膜材；传感膜材；仿生膜材；人工肺等

智能微球MS刺激响应性乳液变色；转光；蓄能；MS复合体

智能纤维织物随人心情变化的织物；蓄能保暖,凉爽服；特种服等

2.智能高分子材料的研究进展

2.1形状记忆高分子材料

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形状记忆高分子材料是利用结晶或半结晶高分子材料经过辐射交联或化学

交联后具有记忆效应的原理而制造的一类新型智能高分子材料。高分子材料的形

状记忆性，是通过它所具有的多重结构的相态变化来实现，如结晶的形成与熔化、

玻璃态与橡胶态的转化等。迄今开发的形状记忆高分子材料都具有两相结构，即

能够固定和保持其成型物品固有初始形状的固定相以及在一定条件下能可逆地

发生软化与固化，而获得二次形状的可逆相。这两相结构的实质就是对应着形状

记忆高分子部多重结构中的结点和这些结点之间的柔性链段。故形状记忆过程可

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简单表述为：初始形状的制品－二次形变－形变固－形变回复。

形状记忆高分子材料种类很多，根据形状回复原理大致可分为：电致感应型、

光致感应型、化学感应型、热致感应型等。其中热致感应型材料应用围较广，是

目前形状记忆高分子材料研究和开发较为活跃的品种。

2.1.1电致感应型

电致感应型是通过电流产生的热量使体系温度升高，致使形状回复，所以既

具有导电性能，又具有良好的形状记忆功能，主要用于电子通讯及仪器仪表等领

域,如电子集束管、电磁屏蔽材料等。

2.1.2光致感应型

光致感应型是将某些特定的光致变色基团引入高分子主链或侧链中，当受到

光照射时，光致变色基团发生光异构化反应，使分子链的状态发生显著变化，材

料在宏观上表现为光致形变；光照停止时，光致变色基团发生可逆的光异构化反

应，分子链的状态回复，材料也回复其初始形状。用作印刷材料、光记忆材料、

“光驱动分子阀”和药物缓释剂等。

2.1.3化学感应型

某些高分子材料在化学物质的作用下，也具有形状记忆现象。它利用材料周

围介质性质的变化来激发材料变形和形状回复。常见的化学感应方式有PH变化、

平衡离子置换、螯合反应、相转变反应和氧化还原反应等，这类物质有部分皂化

的聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和聚丙烯酸混合物薄膜等。该材料用于蛋白质或酶的分

[2]