搜索:  
哈工大與北京射線中心:遠程驅動高回復力形狀記憶聚酰亞胺
2019-09-28  來源:高分子科技

  聚酰亞胺(polyimide, PI)是20世紀50年代美國和前蘇聯“太空競賽”時為滿足航空、航天對耐熱、輕質、高強材料的需要而研制的,目前已廣泛應用于航空航天、信息通訊、光電器件、高集成微電子等行業。形狀記憶聚酰亞胺(shape memory polyimide, SMPI)將聚酰亞胺的優異性能和形狀記憶效應有機結合,不同狀態下可呈現不同形狀,在高溫驅動器、空間可展開結構、智能發動機等領域有廣闊應用前景。

  當前SMPI主要通過直接加熱的方式實現形狀記憶驅動,而在微電子、航空航天等應用中,直接加熱較為不便或難以實現。因此,便捷可靠的遠程驅動對SMPI具有重要意義。電驅動是形狀記憶聚合物常用的遠程驅動方法,但已知電驅動形狀記憶聚合物多為中低溫材料,其玻璃化轉變溫度(Tg)通常低于200 oC。哈爾濱工業大學肖鑫禮課題組與北京市射線應用研究中心王連才研究員合作,采用研磨碳纖維增強的方式在國際上首次研制出Tg 為302 oC的電驅動形狀記憶聚酰亞胺(Electro-active SMPI, EASMPI),在15.9 V電壓下即可實現形狀的遠程驅動,其過程如圖1所示。從其溫度分布圖中可以看出,此時EASMPI的溫度超過330 oC。

圖1. EASMPI 在15.9 V電壓下的驅動過程。(a) 2 秒, (b) 51 秒, (c) 53 秒, (d) 66 秒, 及(e) 溫度分布圖

  回復應力是形狀記憶材料在受限回復時產生的應力,其大小是決定實際應用的重要指標。與目前廣泛應用的形狀記憶合金相比,較小的回復應力是限制形狀記憶聚合物實際應用的一個主要原因。文獻報道的形狀記憶聚合物回復應力通常在4~10 MPa,而 EASMPI由于研磨碳纖維的增強作用,其回復應力可達 40.1 MPa。高回復力使EASMPI在322 oC形狀回復時可推動為其自身重量30多倍的不銹鋼金屬板,如圖2所示。

圖2. EASMPI的高回復力。回復應力 (a),0.1216 g EASMPI 形狀回復推動 3.8678 g  不銹鋼金屬板過程中第15秒 (b), 33秒 (c), 36秒 (d) 和38 秒 (e).

  EASMPI的遠程電驅動、高回復力、耐高低溫、耐射線輻照等特性使其適合作為太空、核電站、大功率發動機等嚴酷環境下的智能材料。

  文章鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/macp.201900164

  Xiaofeng Li, Liancai Wang, Ziyan Zhang, Deyan Kong, Xinling Ao, and Xinli Xiao*. Electroactive High-Temperature Shape Memory Polymers with High Recovery Stress Induced by Ground Carbon Fibers. Macromol. Chem. Phys. 2019, 220(17):1900164.

  下載:論文
版權與免責聲明:中國聚合物網原創文章?锘蛎襟w如需轉載,請聯系郵箱:info@polymer.cn,并請注明出處。
(責任編輯:xu)
】【打印】【關閉

誠邀關注高分子科技

更多>>最新資訊
更多>>科教新聞
58彩票网址