液晶弹性体 (LCE) 是一类由松散交联的聚合物网络组成的形状记忆聚合物,在从向列相到各向同性相的转变过程中表现出可逆的形状变化。[1] 由于它们具有类似肌肉的工作密度和收缩应变 [10–14],并且能够打印或图案化为各种几何形状,它们已越来越广泛地用作软体机器人、[2–4] 可穿戴计算和触觉 [5,6] 和形状变形物质 [7–9] 中的执行器。[15,16] 在大多数机器人和工程应用中,基于 LCE 的执行器使用外部热源进行热刺激,或通过焦耳加热使用集成线或嵌入式渗透粒子网络进行电刺激。先前的研究主要集中在通过焦耳加热来加热 LCE,[6,12,13,17,18] 其中许多应用使用液态金属[19–21] 和波浪电子[12,13,22,23] 作为加热元件。然而,这些方法的一个关键限制是它们依赖于开环加热和被动冷却。这导致温度变化缓慢,并且对控制 LCE 执行器响应速度和曲线的能力有限。具体而言,由于 LCE 的热导率低至 0.3 W m − 1 K − 1[20],导致驱动速度可能很慢;由于热传递是通过对流而不是传导进行的,冷却速度受到极大限制。后者导致冷却时间可能需要激活时间的 5 倍[12,24] 10 倍[13] 甚至 50 倍[25] 才能使 LCE 在环境条件下冷却并恢复到其原始状态。此外,由于温度升高幅度更大,更快的驱动速度需要更长的冷却时间。[25] 为了减少加热时间,人们嵌入了液态金属液滴等软填料来提高这些结构的热导率。[6] 冷却时间的问题仍然存在,加热和冷却时间的差异取决于传导(加热)和对流(冷却)之间传热速率的差异;需要更智能的方法来解决这个问题。最近有人努力通过新的刺激方法来提高 LCE 执行器的速度和控制,[26] 尽管其中大多数方法都会引入显着的机械
对采用各种增材制造方法制备的样品的结构、织构、转变温度和超弹性能进行了比较。采用激光工程净成型 (LENS) 方法制备的样品的织构与 <001> 构建方向有几度偏差,但成分接近初始粉末成分,从而具有超弹性效应。电子束增材制造 (EBAM) 样品在室温下表现出马氏体结构,这是因为转变温度转移到了更高的范围。这种转变是由于不同的加工条件导致的 Ni 含量较低。然而,EBAM 方法在构建方向上产生了更清晰的 <001> 织构,并且可以在室温以上获得良好的超弹性效应。使用 EDS 和电子衍射分析将尺寸为 0.5-2 毫米的金属间化合物颗粒鉴定为 Ti 2 Ni 相。该相通常形成在晶界处。与 LENS 方法相反,EBAM 制备的样品表现出富含 Ni 的初级颗粒,这是由不同的加工条件引起的,这些加工条件降低了固溶体中的 Ni 含量,从而提高了马氏体转变温度。在 500°C 下老化可使 LENS 和 EBAM 样品的马氏体转变温度转移到更高的范围。这是由于形成了富含 Ni 的连贯沉淀物。在用这两种方法制备并在 500°C 下老化的样品中,主要在 {011} B19' 平面上观察到马氏体 B19' 孪晶的存在。关键词:增材制造;形状记忆合金;NiTi;TEM 研究
序号 激光功率,W 扫描速度,mm/s 层高,mm 热处理功率,W #1 45.2 2 0.05 0 #2 56.1 2 0.05 0 #3 45.2 4 0.03 0 #4 56.1 4 0.03 0 #5 45.2 2 0.05 30.5 #6 56.1 2 0.05 30.5 #7 45.2 4 0.03 30.5 #8 56.1 4 0.03 30.5
将材料(通过共价或物理相互作用)加热到与转换域相关的热转变温度T trans (玻璃化转变温度(T g )或熔融转变温度(T m ))以上,并变形成新的形状。将样品冷却到T trans 以下并释放外部应力后,获得临时形状。这种临时形状是稳定的,直到它暴露在热量中并超过转换温度T sw 。如果触发SME,材料将恢复其原始形状。这是一种单向效应,这意味着原始形状不会在冷却时改变。临时形状的固定是由于聚合物网络的网络点(例如半结晶基质内的相变)之外还形成了临时交联。基于该技术,已报道了各种具有复杂功能和能力的材料概念,[2] 例如,在聚(外消旋-丙交酯)-b-聚(环氧丙烷)-b-聚(外消旋-丙交酯)二甲基丙烯酸酯的三嵌段共聚物中,基于聚(外消旋-丙交酯链段)的T g 的经典SME功能可与可降解性相结合。 [3] 除了经典的SME之外,还创建了具有三重或多重形状效应等高级功能的材料。 [1b,4] 与经典SME类似,在三重或多重形状效应聚合物中,临时形状可通过加热逆转。 SME材料在生物医学应用场景中具有巨大潜力,从用于伤口闭合的基于SMP的自紧缝合线到支架或动脉瘤封堵装置。 [5] 由于其改变形状的能力,微创手术的应用场景特别令人感兴趣。 到目前为止,SMP在加热时会变得有弹性。本研究的目的是设计和制造一种与细胞相容的聚合物基网络,该网络具有在组织可耐受的温度范围内的冷却诱导逆 SME (iSME)。对于 iSME,临时形状在材料冷却到 T sw 之前是稳定的。与 SME 类似,iSME 是一次性、单向效应。一旦恢复原始形状,材料就不会再切换回来。即使再次加热,材料仍保持在冷却过程中获得的永久形状。在这方面,iSME 材料不同于软人工肌肉(执行器 [6] ),后者在加热时会失去冷却过程中获得的形状。这种具有 iSME 的生物材料系统的潜在应用有望应用于软组织重建,其中需要以微创方式放置设备。软组织重建面临各种挑战。当前临床上建立的方法基于多种手术
D. Michelle Addington,哈佛大学,马萨诸塞州剑桥,建筑学;Yasuyuki Agari,大阪市立技术研究所,日本大阪城东区,聚合物共混物,功能分级 U.O。 Akpan,Martec Limited,加拿大新斯科舍省哈利法克斯,船舶结构的振动控制 Samuel M. Allen,麻省理工学院,马萨诸塞州剑桥,形状记忆合金,磁激活铁磁形状记忆材料 J.M. Bell,昆士兰科技大学,昆士兰州布里斯班,Windows Yves Bellouard,瑞士洛桑联邦理工学院机器人系统研究所,微型机器人,基于形状记忆合金的微型设备 Davide Bernardini,罗马大学“La Sapienza”,意大利罗马,形状记忆材料,建模 A. Berry,GAUS,加拿大魁北克省舍布鲁克谢尔布鲁克大学,船舶结构的振动控制 O. Besslin,GAUS,加拿大魁北克省舍布鲁克谢尔布鲁克大学,船舶结构的振动控制船舶结构 Mahesh C. Bhardwaj,Second Wave Systems,宾夕法尼亚州博尔斯堡,无损评估 Vivek Bharti,宾夕法尼亚州立大学,宾夕法尼亚州立大学公园,聚偏氟乙烯 (PVDF) 及其共聚物 Rafael Bravo,苏利亚大学,委内瑞拉马拉开波,带有压电执行器和传感器的桁架结构 Christopher S. Brazel,阿拉巴马大学,阿拉巴马州塔斯卡卢萨,生物医学传感 W.A. Bullough,谢菲尔德大学,英国谢菲尔德,流体机械 J. David Carlson,Lord Corporation,北卡罗来纳州卡里,马萨诸塞州
Kadkhodaei教授的研究兴趣主要集中在形状记忆合金(SMA),添加剂制造,生物力学和金属形成上。自2005年以来,他一直致力于热磁和铁磁SMA的建模,生产,表征和应用。他在3D/4D打印方面的作品与由聚合物或SMA制成的添加零件以及聚合物和金属形状记忆材料的4D打印的建模和有限元模拟有关,以产生具有预定义行为的智能零件。他曾在金属滚动行业的研发咨询委员会工作,并在多个工业项目中合作,以解决各种设备的故障排除,分析和创新。他发明了许多辅助设备,以提高老年人的生活质量,受伤和残疾人,并减少他们对医疗保健提供者辅助的依赖。
哈里亚纳邦,印度摘要 - 牙科领域的形状记忆聚合物的出现,在很大程度上简化了工作。在诸如Archwires和Arigners(Archwires and Aligners)等各种正畸应用中的用法也已被证明至关重要。已知的合金,例如氧化锆和智能 - 密集是形状记忆材料的示例,在牙科中表现出智能行为。随着材料科学开发和应用这些智能材料的趋势的日益增加,这些材料可能会允许开创性的牙科疗法,并具有显着增强的治疗临床结果。可以将对准器的历史记录追踪回凯斯林,凯斯林(Kesling)描述了牙齿最终的牙齿定位器以及1945年的有效固定装置,然后是1964年的Nahoum2,开发了真空塑料的“牙齿轮廓”设备,这些设备是热塑性的,最适合牙齿使用。他开发了使用连续电器的概念,并进行了较小的增量变化,重大更正驾驶室是基于流行的Essix设备和Invisalign的构建而形成的。本文的目的是回顾形状记忆对准器的历史以及经过验证的研究,以及它将在正畸领域应用。本文还通过库存中的智能材料代替常规材料来讨论患者以及牙医的潜在好处。索引项 - 对准器,形状内存,CAT,SMP。
(57) 摘要 本发明公开了一种组合物,其包含热固性聚合物、促进宏观损伤闭合的形状记忆聚合物和用于分子级愈合的热塑性聚合物;该组合物能够通过仿生闭合然后愈合过程解决结构缺陷。在使用中,形状记忆聚合物用于使结构缺陷的表面接近,随后使用用于分子级愈合的热塑性聚合物允许热塑性聚合物移动到缺陷中,从而获得分子级愈合。热塑性塑料可以是纤维、颗粒或球体,其使用方法是加热到热塑性塑料熔点或高于其熔点的水平,然后将组合物冷却到热塑性塑料的熔点以下。本发明的组合物不仅能够闭合宏观缺陷,而且即使在先前愈合/修复的区域发生另一个伤口/损伤,也能反复闭合。
摘要我们通过粗粒分子动力学模拟分析了每个硬汉形状记忆聚合物(TSMP)的交联部分和每个硬汉形状记忆聚合物(TSMP)的应力恢复和拓扑的功能位点数量的影响。通过操纵与每个硬质反应的独特环氧树脂的数量来系统地改变交联网络的质量后,我们发现两种指纹与TSMPS的应力恢复非常相关。这些指纹是连接到两个不同硬化分子的环氧分子的比例,是系统中最大或主要网络的一部分的分子的比例。他们的产品可以用作拓扑评分(S TOPO)来量化网络的拓扑特征。在分析应力恢复与S TOPO的函数时,我们发现S TOPO与恢复应力之间存在很强的相关性。此外,我们观察到,尽管较高的交联部分确实会导致更高的压力恢复,但仍然存在许多例外。高功能硬化剂在相似的S topo处倾向于表现出更高的应力恢复,尤其是在高(> 0.65)的topo处。这些结果表明,增加每个硬化分子的功能位点的数量,结合使用诸如半批量单体添加的方法改善网络拓扑结合,可以改善TSMPS的应力恢复。