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形状记忆聚合物(Shape memory polymer,SMP)是一种非常重要的智能材料,它能感知外界环境的刺激(如温度、电、光、磁、溶剂、pH等),并对刺激作出响应,使其自身的状态参数(如形状、应力、应变等)发生变化,回复到起初设定的状态。因SMP独特的形状记忆性能,近年来获得了巨大的发展,在汽车、电子、化工、包装、日用品、航空航天、医疗器械等领域具有非常广泛的应用前景。与其它形状记忆材料相比(如形状记忆合金、形状记忆陶瓷),SMP具有形状回复率大、响应温度低、成本低、加工成型性能优异、易于改性等优点,但是仍存在一些不足,如力学强度和模量较低、形状回复应力较小,驱动方式单一,极大地限制了它的应用。水性环氧树脂(Water-borne epoxy,WEP)是种绿色环保的高分子材料,具有出色的形状记忆性能,同样存在力学性能差、驱动方式单一等不足。通过复合功能填料,可增强WEP的力学性能;并通过引入优异的导电和光热转换材料,使WEP兼具响应热、电以及近红外光刺激的形状记忆性能,丰富了WEP的驱动方式。(1)首先,为了改善WEP的力学性能,以具有较高力学强度和良好水溶性的氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)为增强填料制备了GO/WEP复合材料。研究结果表明,GO/WEP复合材料的力学强度和热响应速度随GO添加量的增加而增加;与WEP相比,4wt%GO/WEP复合材料的力学强度和热响应速度分别提高了54%和4.3%。(2)其次,由于GO的氧化程度较高,对WEP力学强度的改善程度有限,为了进一步增强WEP的力学性能,在GO基础上引入第二增强相碳纳米管(Carbon nanotube,CNT),采用机械混合、冷冻干燥和热压成型的工艺制备了GO/CNT/WEP复合材料(GO与CNT的质量比为1:1),并分别制备了相同质量分数的GO/WEP和CNT/WEP复合材料。研究结果表明,在GO的帮助下CNT均匀地分散在复合材料中,并获得结构均一的GO/CNT/WEP复合材料。与WEP相比,复合材料的力学强度和热响应速度得到了有效改善,当填料的添加量固定时,GO/CNT/WEP复合材料的力学强度和热响应速度均要高于GO/WEP和CNT/WEP复合材料,如4wt%GO/WEP、4wt%CNT/WEP和4wt%GO/CNT/WEP的力学强度分别提高了54%、33%、77%,热响应速度分别提高了4.3%、3.4%、6.3%。上述结果表明GO与CNT在改善WEP的力学强度、热响应速度方面具有显著的协同增强效应。(3)最后,为丰富WEP的驱动方式,采用热压成型的工艺在WEP表面复合RGO功能层制备了RGO/WEP/RGO三明治结构复合薄膜,赋予WEP优良的电驱动和光驱动形状记忆性能。施加8 V电压时,尺寸为50×5×0.3 mm~3的“∩”形复合薄膜可在16 s内完成形状回复过程;当受到能量密度为3.0 W/cm~2的近红外光辐照时,尺寸为20×5×0.3 mm~3的复合薄膜可在7 s内完成形状回复过程。而且可通过改变外加电压和红外光的能量密度对其形状回复过程实现智能调控。