智能材料与技术

导电织物制备方法及应用研究进展

马飞祥,丁晨,凌忠文,袁伟,孟秀清,苏文明,崔铮

材料导报 2020,34(1 ):1114 -1125. DOI:10.11896/cldb.19110040

摘要（1426）

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人工肌肉纤维的研究进展

王玉莲, 邸江涛, 李清文

材料导报 2021,35(1 ):1183 -1195. DOI:10.11896/cldb.20030153

摘要（1539）

PDF（pc）（10908KB）（477）

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柔性人工突触:面向智能人机交互界面和高效率神经网络计算的基础器件

陆骐峰,孙富钦,王子豪,张珽

材料导报 2020,34(1 ):1022 -1049. DOI:10.11896/cldb.19100063

摘要（1656）

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智能时代下的新型柔性压阻传感器

骆泽纬,田希悦,范基辰,杨鑫,樊天意,王超伦,吴幸,褚君浩

材料导报 2020,34(1 ):1069 -1079. DOI:10.11896/cldb.19100149

摘要（850）

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智能印迹聚合物研究进展及发展瓶颈

张小艳, 孙元, 李慧, 陈振斌

材料导报 2020,34(15 ):15163 -15173. DOI:10.11896/cldb.19070026

摘要（762）

PDF（pc）（4544KB）（1088）

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钛基高温形状记忆合金进展综述

李启泉,李岩,马悦辉

材料导报 2020,34(3 ):3142 -3147. DOI:10.11896/cldb.19030262

摘要（1414）

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退火温度对Ti-50.8Ni-0.1Zr形状记忆合金丝记忆行为和力学性能的影响

叶俊杰, 贺志荣, 张坤刚, 冯辉

材料导报 2021,35(4 ):4118 -4123. DOI:10.11896/cldb.19100010

摘要（633）

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生物质基温敏智能材料的研究进展

刘德乡, 刘武, 叶志会, 吴志平

材料导报 2019,33(19 ):3336 -3346. DOI:10.11896/cldb.18070135

摘要（1015）

PDF（pc）（2639KB）（1028）

收藏温敏材料是重要的智能材料之一。虽然温敏均聚物具有良好的环境敏感性能,但其力学性能无法满足使用要求,且部分温敏均聚物的最低临界溶解温度(Lower critical solution temperature, LCST)难以改变,从而限制了其应用领域。当温敏聚合物与其他基材复合或接枝共聚时,可以有效提升温敏材料的力学性能,同时通过改变物料组成及配比可以调节温敏材料的临界温度,拓展其应用范围。
制备温敏智能材料的原料大多来源于不可再生的石油资源,随着石油资源日渐匮乏,人们逐渐将目光转移到其他资源。生物质作为可再生资源,广泛存在于自然界中,具有资源丰富、可持续利用的优点,特别是其含有羟基、胺基、醚键和羧基等活性官能团,可以提供多种活性位点,与温敏单体接枝共聚来制备温敏材料,是一种很好的温敏材料基材。已成功应用在生物质温敏智能材料中的生物质原料包括纤维素、纤维素醚、半纤维素、木质素、壳聚糖等。然而,制备生物质基温敏智能材料的接枝共聚方法单一,传统的自由基共聚制备的温敏材料存在温度响应范围窄、产生温敏均聚物较多且难分离以及制备的材料形态单一等问题。生物质温敏材料的接枝共聚方法已经从最初的以引发剂引发的普通自由基聚合发展到可控性较强的光引发自由基聚合、原子转移自由基聚合(Atom transfer radical polymerization, ATRP)、单电子转移活性自由基聚合(Single election transfer living radical polymerization, SET-LRP)、可逆加成-断裂链转移法(Reversible addition-fragmentation chain transfer, RAFT)等接枝共聚方法。温敏接枝单体较多,其中研究最多的为N-异丙基丙烯酰胺(N-isopropylacrylamide, NIPAM),其具有明确的临界溶解温度,且最低临界溶解温度与人体温度相差不大,它与生物质材料一起制备的温敏性膜、温敏性水凝胶和温敏性微球等在药物释放、组织工程和工农业等方面具有广泛的应用。
本文详细归纳了生物质大分子制备温敏材料的方法,对这些接枝共聚方法的特点进行总结,同时介绍了制备温敏材料涉及的温敏物质、温度响应机理以及生物质基温敏智能材料的应用,最后总结了现阶段生物质基温敏智能材料制备及应用中存在的难点,并对未来的技术发展进行了展望。

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天然高分子基刺激响应性智能水凝胶研究进展

范治平, 程萍, 张德蒙, 王文丽, 韩军

材料导报 2020,34(21 ):21012 -21025. DOI:10.11896/cldb.19080216

摘要（1748）

PDF（pc）（10434KB）（454）

收藏天然高分子基水凝胶具有优异的生物相容性、可降解性及生物学特性,因此在生物医药领域得到深入研究,而柔性器件、仿生材料等尖端产业的迅猛发展则进一步拓展了它的应用领域。刺激响应性水凝胶是指在周围环境刺激下凝胶网络发生形变、相变,进而产生溶胀-收缩或凝胶-溶胶转变的一类智能高分子材料。具有特异响应性的官能团、材料与天然高分子的结合,通常是赋予凝胶刺激响应性的主要方法。
传统水凝胶材料虽已有产品面世,但部分产品仍存在以下问题:(1)含有大量合成高分子材料,且高分子材料合成工艺复杂、能耗大、成本高;(2)凝胶生物相容性和可降解性不理想,不适用于体内植入物等高端医用领域;(3)凝胶成型后性能单一且不可变,无法做到“智能”响应外界刺激,使用领域严重受限。
与传统水凝胶相比,刺激响应性水凝胶因拥有空间、时间上的敏感性而引起人们的广泛关注。相关产品具有多重、可变、可控的性能,大大拓宽了其应用领域。近年来,天然高分子材料的蓬勃发展,则为刺激响应性水凝胶增添了新的机遇。目前,国内外学者对天然高分子基刺激响应性水凝胶的研究主要集中于:(1)开发具有优异基础性能并兼具良好生物相容性、生物可降解性的高端生物医用材料;(2)注重天然高分子结构改性,赋予材料多重刺激响应特性,制备具有多功能、可多领域应用的水凝胶;(3)新的非接触型刺激源的开发与利用;(4)已知具有确切疗效产品的临床转化。
本文根据不同刺激源(物理刺激、化学刺激及生物化学刺激)重点介绍了以天然高分子为基底材料,具有温度响应、光响应、压力响应、电响应、磁响应、pH响应、氧化还原响应、离子响应、糖响应及酶响应水凝胶的设计方法、行为机理及其最新应用研究进展,并对该类水凝胶未来的研究方向进行了展望。

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基于材料基因组理念的钎焊材料开发与智能钎焊技术创新系统工程

何鹏, 林盼盼

材料导报 2019,33(1 ):156 -161. DOI:10.11896/cldb.201901018

摘要（931）

PDF（pc）（2425KB）（623）

收藏近年来,依赖于科学直觉与试错的传统材料研究方法日渐成为制造业发展与技术进步的瓶颈。革新材料研发方法已成为国际新材料研发的趋势。材料基因组技术是材料科学技术的一次飞跃,是新材料研发的“加速器”。钎焊过程的复杂性和随机性使得钎焊材料的设计开发相比普通材料更加复杂、研发周期更长,“材料基因组计划”作为先进材料开发的崭新模式也应及时应用到钎焊材料性能优化及开发中,这对促进钎焊技术尤其是智能钎焊的长足发展具有重要意义。
   材料基因组技术包括高通量材料计算、高通量材料实验和材料数据库三个要素。大规模的高通量计算可提供大量而系统的数据,高通量实验方法可对这些数据进行快速验证,材料数据库的建立则可实现计算数据与实验数据的有效集成,使其相互补充的同时相互验证。三要素协同工作,可以使得材料研发过程中的理论与实验结合更加紧密,加快材料从研发、制造到应用的过程,降低新材料的开发成本。
   开发新型钎焊材料除考虑材料本身的性能外,还需要考虑钎焊材料与母材物理化学性能的匹配性以及连接过程中钎焊材料与母材之间的相互作用(扩散和新相形成)。钎焊材料与母材之间的相互作用非常复杂,除了受到连接工艺(连接温度、保温时间、压力、气氛等)的影响之外,还与钎料和母材的成分有直接关系。因此,相比于普通材料,钎焊材料的设计开发过程更加复杂,需要考虑的因素更多,新材料的研发周期更长,有必要尽快启动钎焊材料基因工程。开发高通量计算软件、高通量实验方法(高通量制备及表征)及数据集成系统是实施钎焊材料基因工程需解决的三个基础问题。
   目前焊接智能化的发展多集中在熔化焊领域,如弧焊、激光焊等,也取得了比较显著的成果。但是,钎焊全过程智能控制的发展相对缓慢,现有研究多集中在钎焊设备及钎焊过程控制方面。钎焊材料制备是智能钎焊的重要组成部分,钎焊材料基因工程的实施将促进钎焊技术的智能化进程。智能焊接尤其是智能钎焊的技术进步可大大简化和缩短新型钎料的试验验证过程,同时能够在过程中搜集到更多实时数据,丰富数据库,因而反过来又会对钎焊材料基因工程的发展起到显著的推动作用。
   本文论述了材料基因组技术的三要素及其国内外研究现状,分析了材料基因组技术应用于钎焊材料开发时需考虑的影响因素及需解决的关键共性基础问题,并且阐述了钎料材料基因工程与智能钎焊相互促进的发展关系。

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4D打印技术:工艺、材料及应用

张雨萌, 李洁, 夏进军, 张育新

材料导报 2021,35(1 ):1212 -1223. DOI:10.11896/cldb.20030128

摘要（1693）

PDF（pc）（5519KB）（1376）

收藏自1980年以来,3D打印就掀起了一片研究热潮,其凭借高使用效率、出色的表面分辨率和一步生产方面的高效率优势,被广泛应用于生物医学、电子学、自愈技术、工程应用以及仿生学领域。但3D打印技术存在难以打印复杂的结构及抑制应变控制的尺寸变化和各向异性行为的技术难题。为了克服其打印尺寸复杂性和不灵活性,人们引入了4D打印的概念。4D打印是基于智能材料、3D打印机和设计的跨学科研究,与3D打印产出的静态结构相比,4D打印产出的是一个动态结构。4D打印允许3D打印的结构响应外部刺激(例如温度、光线、水等),并随时间改变其形状或功能,从而使打印的产品不再局限于固定的形态,而是呈现多样化。
自2013年首次概念化以来,4D打印就引起了研究者极大的兴趣。第四维度赋予了设计生命力,它使用刺激来驱动智能材料形状记忆效应的转变。智能材料是对环境敏感的材料,包括聚合物、合金、水凝胶、陶瓷和复合材料等,它们在热预应变、水吸收、电磁辐射活化、磁场、电流和电压、溶剂和pH值等外部环境刺激下,随时间发生自我变形、自我组装、自我分解、自我修复并更改属性或功能,呈现出变化多样的形态特征。4D打印通过模仿自然过程(花朵盛开、植物的变化和向日葵运动等)、探究材料的近似特征,在药物输送、可穿戴电子设备、时装、自动折纸结构、传感器和其他工程应用中被广泛尝试,并取得了惊人的成果。
本文聚焦于4D打印中使用的材料系统和4D打印的具体应用,简要概述了4D打印的历史、定义、原理和基本要素之后,详细介绍了4D打印材料的系统分类,阐述了4D打印技术在生物仿生、生物医疗、折纸结构等相关应用领域的发展与挑战。最后,介绍了4D打印的趋势以及新领域的发展前景,为进一步的研究提供参考。

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