【摘 要】
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近些年来随着航空航天、机械电子、生物医疗等领域的高速发展,智能化、小型化已经成为许多行业对设备和器件的新要求。形状记忆聚合物（Shape memory polymer,SMP）作为智能材料的一种,由于其独特的形状记忆效应和可变的弹性模量而广受许多研究人员的青睐。与形状记忆合金（Shape memory alloy,SMA）等可变形材料相比,SMP具有低成本、低密度、大变形、耐腐蚀、生物相容和可降解
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近些年来随着航空航天、机械电子、生物医疗等领域的高速发展,智能化、小型化已经成为许多行业对设备和器件的新要求。形状记忆聚合物（Shape memory polymer,SMP）作为智能材料的一种,由于其独特的形状记忆效应和可变的弹性模量而广受许多研究人员的青睐。与形状记忆合金（Shape memory alloy,SMA）等可变形材料相比,SMP具有低成本、低密度、大变形、耐腐蚀、生物相容和可降解等许多优势。但在实际应用中,SMP本身是电绝缘和低热导的,其热驱动变刚度变形的过程不易稳定高效的实现,通过复合结构整体调节其导电导热性能是改善SMP性能的有效方式。化学气相沉积法（CVD）制备的石墨烯具有接近本征石墨烯的高电导率和热导率,是形状记忆聚合物复合材料优异的填充相。本论文系统研究了少数层石墨烯薄膜和石墨烯三维网络的制备、石墨烯结构与形状记忆聚合物的复合方法,以及石墨烯-形状记忆聚合物的电驱动形状记忆性能,为石墨烯基形状记忆聚合物在智能变形装置中的应用打下了基础。主要的研究工作和结论有:（1）少数层石墨烯薄膜和石墨烯三维网络的制备和优化。为了能与形状记忆聚合物基体材料有效结合并实现对复合结构电导和热导的有效调控,我们系统探索了多种石墨烯结构的化学气相沉积条件,发展了在镍箔上制备大面积、高质量、电阻可控的少数层石墨烯薄膜的方法;将利用泡沫镍模板上生长石墨烯与直接刻蚀、冷冻干燥等技术结合,发展了自支撑、柔性互联的三维石墨烯网络制备方法,所制备的典型三维石墨烯网络样品的电导率可达2.44 S/cm。（2）石墨烯薄膜与形状记忆聚合物复合材料的制备及性能研究。通过刮涂成型方法获得了表面覆层石墨烯薄膜的形状记忆聚合物,石墨烯膜厚为3-5个原子层时,石墨烯质量分数为0.002%的复合材料的电导率可达0.046 S/cm。相比未复合的形状记忆聚合物,石墨烯层赋予的电导和热导使复合材料的形状记忆性能大幅提升:热驱动下复合材料的形状回复速度提高50%以上,并获得了良好的电驱动变形能力,在0.4 W/cm~2的电功率密度下,复合材料样品可在36秒内完成形状回复。（3）三维石墨烯网络与形状记忆聚合物复合材料的制备及性能研究。通过向三维石墨烯网络中低速滴注液态形状记忆聚合物中间体的方法,制备了三维石墨烯网络均匀内嵌分布的形状记忆聚合物复合材料,石墨烯质量分数为0.16%的复合材料电导率可达2 S/cm以上,在8 V电压驱动下可在40 s内能够完成形状回复,多次形状记忆循环后形状固定率和形状回复率均在95%以上且电阻没有升高,具有稳定的低阻特性和良好的电驱动形状记忆性能。
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