哈工大冷劲松团队顶刊综述：形状记忆聚合物纤维的材料、结构及应用！

2021-05-06 13:56:14 作者：材料学网来源：材料学网分享至：

导读：近期，哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所冷劲松教授课题组在《Advanced Fiber Materials》上发表了题为 “Shape Memory Polymer Fibers: Materials, Structures, and Applications” 的综述论文。论文系统阐述了SMPFs的材料、制备方法、结构、多功能性以及应用等方面的研究进展。哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所硕士研究生王璐为本文第一作者，张风华副研究员和冷劲松教授为共同通讯作者。

原文信息：

Lu Wang, Fenghua Zhang, Yanju Liu*, Jinsong Leng*. Shape Memory Polymer Fibers: Materials, Structures, and Applications. Adv. Fiber Mater. （2021）。

https://doi.org/10.1007/s42765-021-00073-z

形状记忆聚合物（SMP）是一种能够响应外界环境变化的智能材料，通过静电纺丝技术能够制备出形状记忆聚合物纤维（SMPFs）并使其结构得到拓展。近年来，SMPFs在生物医学、自修复、智能纺织、传感器及能量收集等领域有着广泛研究，为智能可变形材料和结构提供了新思路和新方法。

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文章简要介绍了SMP的变形机理、特点以及目前的应用情况，并介绍了形状记忆聚合物微纳米纤维的研究历程及研究意义。作者对形状记忆微纳米纤维的主要制备方法即静电纺丝技术进行了介绍。采用静电纺丝装置所制备出的微纳米纤维具有不同的微观结构，如无纺结构、核壳结构、取向结构和中空结构（图1）。

图1. 不同结构的形状记忆聚合物纤维

同时，调整静电纺丝工艺及参数还可以控制纤维的形貌。接着，文章讨论了SMPFs的多功能性，如多重形状记忆效应、可逆形状记忆效应和远程驱动行为。为了实现SMPFs的多功能化，国内外学者对多重SMPFs和可逆SMPFs的研究逐渐深入，不仅能够使纤维实现多个形状的固定，还能够使电纺纤维网络实现可逆的孔径变化，从而使SMPFs具有更大的应用潜力。此外，SMPFs的驱动方式一直备受关注，除了传统的热驱动，磁、电、光、水等新兴驱动方式也在逐步完善与发展（图2）。

图2. 形状记忆聚合物纤维在不同驱动条件下的形状回复过程（水，磁，电）

文章着重介绍了SMPFs的一些典型应用，包括药物释放、细胞培养、组织支架、自修复、能量收集、传感器和智能纺织等。SMPFs因结构多样化、比表面积大、孔隙率可调等特点，可广泛应用于多个领域，特别是生物医学领域。SMPFs特有的三维结构有利于细胞的迁移、粘附和增殖，纤维孔径大小有利于营养物质的传递及组织修复中血管的再生，因此SMPFs在需要活性结构和功能元件的应用上具有巨大的研究价值。除生物医学应用外，SMPFs所特有的形状记忆效应是实现材料自修复的一种方法，它不仅可以实现对微观裂纹的修复，而且可以实现对宏观裂纹的填补。因此，其在自修复领域的应用前景广泛。SMPFs在能量收集、传感器和智能纺织中的应用也备受关注。最后，作者对SMPFs的发展现状进行了总结（表1），并提出了目前所面临的一些实际问题与挑战，进一步提出了SMPFs的未来发展方向。

表1. 形状记忆聚合物纤维：材料、结构、驱动方法和应用

【课题组简介】

冷劲松，哈尔滨工业大学教授，博导，教育部长江学者特聘教授，国家杰出青年基金获得者，欧洲科学院外籍院士（Foreign Member of Academia Europaea），欧洲科学与艺术院院士（Member of the European Academy of Sciences and Arts），中组部“万人计划”首批科技创新领军人才，“国家百千万人才工程”入选者，黑龙江省“头雁”团队负责人。现任国际复合材料委员会副主席、中国复合材料学会副理事长，中国增材制造产业联盟专家委员会副主任委员、教育部力学专业教学指导委员会委员、中国力学学会物理专业委员会副主任。长期从事智能材料与结构力学研究，发表SCI论文280余篇，出版3部中英文论著，授权国家发明专利120项、国际专利3项。获国家自然科学二等奖（第一）1项，获国际复合材料委员会（ICCM）World Fellow奖。担任International Journalof Smart and Nano Materials主编。当选美国科学促进会（AAAS）、国际光学工程学会（SPIE）、英国物理学会（IOP）、英国皇家航空学会（RAeS）、英国材料、矿石和冶金协会（IMMM）等多个国际学会会士（Fellow）。

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