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形状记忆聚合物(Shape memory polymers,SMPs)凭借变形程度高、感应温度低、易加工等优点受到了广泛关注,被认为是最具发展前景的智能材料之一,在通信、医疗、农业、能源等众多领域有广阔的应用前景。目前,围绕SMPs的研究主要集中在热致驱动SMPs方面,这类形状记忆高分子材料虽具有制备容易、机理简单等优势,但是热量不易控制等加热刺激所固有的缺陷不容忽视。与热致驱动SMPs相比,以光作为刺激源实现材料形状回复的光致驱动SMPs,具有比直接通过加热控温的方式方便、易实现定量控制、局部控制等优点。把具有光热转换能力的填料添加到热致驱动SMPs中,提高聚合物基体的光热转换和热量传导的能力,实现光能对SMPs体系的间接加热,是制备光致驱动SMPs的一种简单经济的方法。本论文围绕过氧化二异丙苯交联的聚己内酯(Polycaprolactone,PCL)的光致形状记忆复合材料的结构调控及其性能响应开展研究工作。首先,采用非原位法制备了金纳米粒子(Gold nanoparticles,AuNPs)原位沉积还原氧化石墨烯(Reduced graphene oxide,RGO)的杂化填料,重点研究了杂化填料AuNP-RGO的制备条件和影响微观形貌的因素。在此基础上,制备了复合材料PCL/AuNP-RGO,系统地研究了杂化填料对PCL光致形状记忆行为和力学性能的影响。随后,采用一步法制备了石墨烯纳米片(Graphene nanoplates,GNPs)原位负载聚吡咯(Polypyrrole,PPy)杂化填料,探究了在制备过程中GNPs与Py投料比对杂化填料微观形貌的影响;在此基础上制备了复合材料PCL/GNP-PPy。系统地研究了杂化填料在复合材料中的分散状态及对复合材料光热效应和光致形状记忆行为的影响。最后,把不同含量的杂化填料GNP-PPy引入PCL中,系统地研究了杂化填料的含量对复合材料的光热效应、光致形状记忆和自修复行为的影响。主要研究成果如下:(1)在水-正丁胺体系中加入AuNPs和氧化石墨烯(Graphene oxide,GO),通过正丁胺还原GO的同时吸附AuNPs,制备了杂化填料AuNP-RGO。杂化填料的微观结构表征发现,正丁胺还原GO的反应时间超过2 h的时候,产物RGO出现了明显地团聚。AuNPs在RGO上的负载量随着AuNPs与RGO投料比的增加而增加。对复合材料的微观结构表征发现,在PCL基体中单独引入AuNPs,会出现AuNPs的大量团聚。但是,引入杂化填料AuNP-RGO后,AuNPs在PCL基体中呈纳米级别的分散状态。分析认为,AuNPs与PCL基体相互作用较差,在聚合物加工过程中AuNPs团聚严重。但是,RGO上剩余的官能团和PCL基体有很好的相互作用,可以促进AuNP-RGO纳米杂化填料在PCL基体中均匀地分散。复合材料光热转化测试发现,杂化填料中AuNPs含量的增加,对应的复合材料的光热转换能力得到提升。PCL/AuNP-RGO复合材料在红外光照射60 s时温度最高可以达到80.7 ~oC,比PCL/AuNP高出14.1 ~oC,比PCL/RGO高出11.4 ~oC。复合材料光致形状记忆测试表明,相同光照条件下PCL/RGO-AuNP复合材料临时形状完全回复时所需时间要明显短于PCL/RGO和PCL/AuNP。分析认为,AuNP-RGO纳米杂化填料在PCL基体中可以均匀分散,而且RGO可以增加AuNPs与入射光之间的电磁耦合,提高AuNPs对光能的吸收作用,并且RGO可以把热量传导至整个PCL基体,实现对聚合物基体均匀地加热。(2)利用PPy和GNPs之间的π-π相互作用,可一步法制备二维-零维结构的杂化填料GNP-PPy。经溶液共混法引入PCL基体后,成功制备了PCL/GNP/PPy三元复合材料。杂化填料的微观结构表征表明,经π-π组装后,PPy均匀地粘附在GNP表面。随着GNPs含量的增加,形成的PPy粒径变小,这充分说明GNPs作为模板对PPy的聚合具有辅助作用。对复合材料的微观结构进行分析可发现,在PCL/GNP/PPy复合材料内部,PPy集中分布在GNP片层上及片层周围,与PCL/GNP和PCL/PPy不同,PCL/GNP/PPy内部没有出现GNPs或者PPy的大量团聚。这说明PPy的存在可以有效地防止GNPs在聚合物基体上团聚。复合材料的光热转换测试发现,当GNPs和Py单体的投料比在1:1时,对应的复合材料的光热转换效果最好,在红外光照射120 s时可以达到74 ~oC,而且样条表面温度比PCL/PPy更加均匀。复合材料的形状记忆测试表明,当GNPs和Py单体的投料比在1:1时,对应的PCL复合材料形状记忆效应也是最好的,红外光照射18 s便可以实现临时形状的完全回复。分析认为,由于π-π相互作用的存在,GNPs可以有效地减少PPy在聚合过程中的团聚,同时PPy的存在又可以防止GNPs在聚合物中重新堆叠,这对提高了杂化填料在聚合物中的光热转换效率很有帮助。(3)采用溶液法制备了GNP-PPy含量不同的PCL复合材料。复合材料结晶行为研究表明,过量填料(5 wt%)的引入对复合材料的结晶起到了阻碍的作用,复合材料的结晶度从填料含量为0.25 wt%时的53%下降到48%。复合材料光热转换研究表明,光热转换效率随着填料含量增加而增加。但是当填料含量超过1 wt%时,复合材料的升温速率不会得到明显的提升。复合材料光致形状记忆研究表明,在填料含量分别为0.25wt%、0.5 wt%和1 wt%时,对应的临时形状完全回复的时间分别为35 s、25 s和18 s。但是填料含量超过1 wt%的时候,复合材料的形状回复速率不会得到有效地提升。复合材料自修复行为研究表明,化学交联的PCL具有很好的自修复效应,但是填料含量过高,复合材料的自修复效果明显降低。分析认为,PCL的自修复行为利用的是晶区的熔融与再结晶,而过量填料的引入会阻碍分子链的运动,阻碍复合材料的自修复行为。