形状记忆聚合物是一类智能材料,它能够固定临时形状并在适当的外界的刺激下发生回复。形状记忆聚合物在多个领域都有广泛的应用潜力,包括:航空航天、生物医药、柔性电子等领域。受限于形状记忆聚合物的材料种类以及应用范围,形状记忆聚合物领域的发展曾经长期处于停滞不前的状态,拓展形状记忆聚合物的材料种类以及应用范围成为了研究重点。本文主要研究了可逆键的引入给形状记忆聚合物带来的新特性,同时拓展了形状记忆聚合物的材料以及应用。可逆键是一类可以在特定状态下断开并重建的化学键。在本文中将温敏性的可逆键引入到形状记忆聚合物中,这样,除了传统的形状记忆聚合物的转变温度,这种新型的形状记忆聚合物还具备另外一个可逆键激活温度范围。在这个可逆键激活温度范围内,材料的机械性能会极大地受到温度的影响。通过引入合适的可逆键并调节网络结构,能够使得这种新型的形状记忆聚合物在可逆键激活温度以下时表现出传统形状记忆聚合物的弹性行为,而在可逆键激活温度范围内时则表现出塑性行为。本项研究首先探究了超分子作用力对于形状记忆聚合物的性能影响。2-脲基-4[1H]-嘧啶酮(UPy)能够通过四重氢键的超分子作用力形成二聚体,如果将UPy引入到形状记忆聚合物中,形状记忆聚合物的性能将极大地受到超分子作用力的影响。我们发现,随着UPy引入量的增加,材料逐渐从弹性材料转变为塑性材料,通过精确调控UPy加入的量并以公式计算我们找到了这个弹性塑性转变点。而处于这个转变点附近的弹性材料表现出了多种特殊的性能,包括:超低模量、应变速率依赖性、阻尼特性。接下来研究了热适性形状记忆聚合物,提出了一种兼具流体加工和固体加工优点的新型形状记忆聚合物。热适性形状记忆聚合物能够在特定温度下改变形状记忆聚合物的永久形状,实现对永久形状的后处理,极大地拓展了形状记忆聚合物能够构筑的复杂形状以及应用范围。在此项研究中,我们将Diels-Alder(DA)可逆共价键引入到形状记忆聚合物中,构筑一种新型的热适性形状记忆聚合物。常见的聚合物加工方式是熔融模压成型,然而这样的制造工艺会受到模具的限制。与此同时通过塑化的方式能够在固体状态下不依靠模具通过折纸的方式对聚合物进行重新加工,但是这种工艺会受到初始形状的限制。本项研究提出的热适性形状记忆聚合物既可以在熔融流体状态下重新加工,又可以在固体状态下重新加工,这种结合两种加工方式优点的形状记忆聚合物材料将促进形状记忆聚合物的加工制造技术的发展,为复杂形状记忆聚合物器件的制备提供新的可能。继承上一项工作的材料体系,我们将形状记忆聚合物的应用扩展到光学领域,并实现用应力来记录信息的目标。聚合物体系是基于环氧体系的,这种材料能够表现出临时双折射效应,具有这种效应的材料在引入内应力后能够在偏振光场下观测到应力分布。在这项工作中,我们通过固体状态下的区域化塑性实现了对这种新型形状记忆聚合物的应力控制,并通过数字化的手段实现用应力记录信息。由于应力是不可见的,因此在自然光下这样的信息记录方式是无法被读取的;而在偏振光场中,不可见的应力信息会转变为肉眼可见的颜色图案,这样就实现了信息的读取。此外,通过构筑形状记忆聚合物的内部应力信息,能够使材料发生二维到三维的转变,为全固态3 D打印提供一种新的思路。