為了在聚合物中實(shí)現(xiàn)形狀記憶效應(yīng)(SME)，必須具備以下要求：(1) 彈性聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有限定材料永久形狀的網(wǎng)點(diǎn)；(2)用于材料彈性形變的預(yù)設(shè)過程；(3)分子開關(guān)提供額外臨時(shí)交聯(lián)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)非等熵構(gòu)象下可逆固定聚合物網(wǎng)絡(luò)。通過外部刺激影響分子開關(guān)，聚合物鏈恢復(fù)其運(yùn)動(dòng)性，導(dǎo)致定向的宏觀運(yùn)動(dòng)。固定臨時(shí)形狀和恢復(fù)初始形狀的能力通過形狀固定率(Rf)和形狀恢復(fù)率(Rr)定量測定。

從臨時(shí)形狀B到永久形狀A(yù)的單向形狀轉(zhuǎn)換可以通過多個(gè)臨時(shí)交聯(lián)點(diǎn)和永久交聯(lián)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。對于聚合物中的熱誘導(dǎo)SME，具有熱轉(zhuǎn)變溫度Ttrans的相可以作為分子開關(guān)，如玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg，熔融溫度Tm，或液晶相轉(zhuǎn)變。材料在轉(zhuǎn)變溫度以上時(shí)可以變形至想要的形狀；保持外力降低溫度低于Ttrans時(shí)可以將形狀固定。對于三重或多重形狀記憶材料，可以通過引入多個(gè)不同的臨時(shí)交聯(lián)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。具有較寬的熱轉(zhuǎn)變的材料，如全氟磺酸離子交聯(lián)聚合物，可以在不改變材料組成的條件下實(shí)現(xiàn)雙重，三重乃至四重形狀記憶效果。

圖1 雙重(a)和三重(b)形狀記憶材料的單向變形示意圖

相比于單向記憶，實(shí)現(xiàn)雙向形狀切換需要多重可逆行為。聚合物的雙向SME通過調(diào)控結(jié)晶相，使其覆蓋一個(gè)較寬的Tm范圍實(shí)現(xiàn)。這種雙向形狀記憶首次在交聯(lián)的聚環(huán)辛烯中通過結(jié)晶誘導(dǎo)伸長(CIE)和熔融誘導(dǎo)收縮(MIC)得到證明。

圖2 疏水聚合物可逆雙向SME

(a)通過CIE/MIC實(shí)現(xiàn)形狀轉(zhuǎn)換和可逆運(yùn)動(dòng)示意圖；(b) 形狀變化的宏觀示范