智能高聚物發(fā)展的關(guān)鍵在于我們?cè)诜肿铀缴蠈?duì)世界的認(rèn)識(shí)日益加深——以及我們?cè)谶@一水平上操縱世界的能力。智能高聚物被給予成特殊的性能似袁，能夠與更復(fù)雜的環(huán)境相互影響洞辣，從而幫助或保護(hù)我們并達(dá)到節(jié)約能源的目的。
這些新的聚合物有望在未來(lái)十年內(nèi)普及昙衅，因?yàn)榭茖W(xué)家們了解了使聚合物結(jié)構(gòu)發(fā)生構(gòu)象變化的化學(xué)和觸發(fā)因素扬霜，并想出了利用和控制它們的方法。
讓我們從量子隧穿復(fù)合材料(QTCs)開(kāi)始而涉，這是一種新型的導(dǎo)電智能聚合物復(fù)合材料著瓶，它推動(dòng)了壓力開(kāi)關(guān)和傳感材料技術(shù)的發(fā)展。QTCs使用量子隧穿操作：沒(méi)有壓力時(shí)啼县，導(dǎo)電元件相距太遠(yuǎn)而不能導(dǎo)電材原。當(dāng)施加壓力時(shí)，它們移動(dòng)得更近季眷，電子可以穿過(guò)絕緣體余蟹。
這項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)是由Peratech有限公司在英國(guó)開(kāi)發(fā)的。該材料是由金屬填料顆粒與彈性體橡膠(典型的硅橡膠)組合而成子刮。QTC具有獨(dú)特的能力威酒，當(dāng)放置在壓力下時(shí)，可以平穩(wěn)地從絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)轭?lèi)似金屬的導(dǎo)體挺峡。
在無(wú)應(yīng)力狀態(tài)下葵孤，QTC材料是一種近乎完美的絕緣體.然而，隨著任何形式的變形沙郭，材料開(kāi)始傳導(dǎo)佛呻，在足夠的壓力下，可以達(dá)到金屬的電導(dǎo)率水平病线。
復(fù)合結(jié)構(gòu)：常規(guī)(左)吓著、QTC(中)和掃描電鏡(右)
在傳統(tǒng)的導(dǎo)電熱塑性化合物中鲤嫡，導(dǎo)電粒子總是相互接觸，形成一條恒定的導(dǎo)電路徑绑莺。在用各種導(dǎo)電助劑改性的樹(shù)脂中暖眼，增加導(dǎo)電添加劑的濃度可以縮短顆粒間的分離距離。
然后纺裁，在每個(gè)導(dǎo)電添加劑(滲流點(diǎn))特有的臨界濃度下诫肠，形成一條恒定的傳導(dǎo)路徑，使電阻急劇降低欺缘，電子快速移動(dòng)栋豫。這些傳統(tǒng)的填充導(dǎo)電聚合物往往表現(xiàn)出一定的導(dǎo)電性。
QTC含有金屬顆粒谚殊，其結(jié)構(gòu)不規(guī)則丧鸯，表面為濕的、尖尖的金屬表面嫩絮，并由硅橡膠進(jìn)行電絕緣丛肢。潮濕使金屬顆粒接近但不接觸，即使當(dāng)QTC材料被擠壓或密集負(fù)載時(shí)也是如此剿干。
金屬填充粒子表面的尖峰使更高濃度的電子電荷在其尖端形成局部的高電場(chǎng)蜂怎。尖峰上電荷的增加有效地減少了電子電荷穿過(guò)并導(dǎo)電所需的距離和能量。這就是所謂的輔助場(chǎng)隧道置尔。
當(dāng)QTC被壓縮時(shí)杠步，金屬填充粒子被更緊密地結(jié)合在一起，從而導(dǎo)電撰洗。在QTC被壓縮時(shí)篮愉，勢(shì)壘寬度進(jìn)一步減小，導(dǎo)致隧穿概率的指數(shù)增加和電阻的指數(shù)下降差导。通過(guò)壓縮、拉伸或扭轉(zhuǎn)改變勢(shì)壘寬度的能力使QTC具有獨(dú)特的可控電性能猪勇。
QTC可以定制设褐，以適應(yīng)不同的力量、壓力或觸摸傳感應(yīng)用泣刹，小到羽毛傳感或手指操作助析，大到重壓應(yīng)用。以其獨(dú)特的性能椅您，QTC可制成任何形狀或大小的壓力敏感開(kāi)關(guān)外冀。QTC開(kāi)關(guān)和開(kāi)關(guān)矩陣可以絲網(wǎng)印刷，可以開(kāi)發(fā)和集成多達(dá)15微米的開(kāi)關(guān)掀泳。
QTC也是低功耗的雪隧，可以在沒(méi)有啟動(dòng)電阻的情況下設(shè)計(jì)接口西轩。在沒(méi)有壓力的情況下，開(kāi)關(guān)沒(méi)有電源脑沿，也沒(méi)有電流藕畔。當(dāng)施加壓力時(shí)，阻力與壓力的大小成比例下降庄拇。這使得復(fù)雜的人機(jī)界面設(shè)計(jì)能夠?qū)毫Φ淖兓鞒龇磻?yīng)注服。潛在的應(yīng)用包括智能服裝、機(jī)器人和RFID/磁卡的安全措近。
接下來(lái)溶弟，讓我們來(lái)看看形狀記憶聚合物(SMP)快速?gòu)?fù)合制造工藝的進(jìn)展。Cornerstone研究集團(tuán)(CRG)的專(zhuān)利程序用VeriFLEXSMP取代昂貴的金屬模具瞭郑。CRG的SMP系統(tǒng)能夠高溫形成一個(gè)精確的主部件的負(fù)片圖像辜御，冷卻，并使其保持新的形狀凰浮。
與金屬相比我抠，SMP模具具有多種優(yōu)勢(shì)：
?相對(duì)便宜
?多模具制造能力
?簡(jiǎn)易原型生產(chǎn)
?溫和脫模(VeriFLEX能夠承受固化復(fù)合材料零件所需的高溫而不變形)。
基石研究小組SMP模具技術(shù)(左)和SMP芯棒開(kāi)發(fā)(右)
智能聚合物處理的角度來(lái)看袜茧，SMP芯軸也很優(yōu)勢(shì)菜拓。對(duì)于目前的制造技術(shù)來(lái)說(shuō)，中心直徑大于兩端的物體是一個(gè)很難制造的形狀笛厦，因?yàn)樵趶?fù)合材料固化后無(wú)法提取剛性的磁芯軸纳鼎。
解決這一問(wèn)題的傳統(tǒng)方法包括多片或水溶性芯軸。剛性的多片芯軸復(fù)雜且勞動(dòng)密集裳凸，水溶性的芯軸需要處理廢料贱鄙，而且成本高，耗時(shí)長(zhǎng)姨谷。
VeriFLEXSMP可以放在一個(gè)翻蓋模中逗宁，成型成一個(gè)復(fù)雜的彎曲芯棒并冷卻。SMP智能芯軸可以被絲纏繞和保護(hù)梦湘，然后加熱和移除瞎颗。
內(nèi)部熱固性芯棒系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)包括：
●加快制造工藝
●降低開(kāi)發(fā)和去掉芯軸的成本。
●提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的提取過(guò)程
●可重復(fù)使用的具有形狀多功能性的芯軸捌议。
最后哼拔，讓我們回顧一種吸能泡沫復(fù)合智能高分子材料.英國(guó)D3O公司有一種專(zhuān)利的吸能凝膠，它是一種以復(fù)雜的彈性體化合物為基礎(chǔ)的剪切增稠材料瓣颅。
這種凝膠作用在分子水平上倦逐。當(dāng)緩慢移動(dòng)時(shí)，“智能”分子將自由地從彼此身邊滑過(guò)宫补，使材料變得柔軟和靈活檬姥。當(dāng)被強(qiáng)迫快速移動(dòng)時(shí)曾我，就像在高能撞擊中一樣，當(dāng)分子在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中阻礙和鎖定時(shí)穿铆，材料就會(huì)變硬您单，同時(shí)吸收和分配沖擊力。
該材料被并入軟泡沫基體荞雏。一旦合成虐秦，粘性液體和聚合物的混合物被倒進(jìn)一個(gè)形狀的模具，形成一個(gè)自我支持的吸能材料凤优，是抗壓縮集悦陋。該復(fù)合材料含有：
●一種固體泡沫合成聚合物，適當(dāng)?shù)鼐哂袕椥灾妫詈檬菑椥泽w基體俺驶；
●一種聚合物基膨脹劑，不同于先前的固體泡沫合成聚合物棍辕，分布在基體中暮现，并在制造前一固體泡沫合成聚合物時(shí)加入其中；
●一種通過(guò)所述矩陣分布的流體楚昭，所述基質(zhì)栖袋、膨脹劑和流體的組合使所述復(fù)合材料具有彈性可壓縮性，并且優(yōu)選地也具有靈活性抚太。
復(fù)合材料的彈性壓縮性由分散在基體上的流體提供塘幅，能在2-5秒或更短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)。
一種特別優(yōu)選的膨脹劑含有由道康寧公司銷(xiāo)售的以硼化硅氧烷為基聚合物的硼基硅氧烷(PBDMS)尿贫。潛在的應(yīng)用包括用于肘部电媳、膝蓋、臀部和小腿的防護(hù)墊庆亡；或包括手套匾乓、頭飾和運(yùn)動(dòng)用品在內(nèi)的服裝；以及車(chē)輛的能量吸收區(qū)又谋。
沖擊吸收D3O與聚氨酯-PU(左)钝尸，D3O的網(wǎng)狀吸收機(jī)制(中)，D3O能量吸收保護(hù)織物墊(右)
聚砜醫(yī)療干粉吸入...
塑料包裝材料的減...
汽車(chē)功能鍵觸摸蓋I...
高性能注塑聚丙烯...
