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一、引言

熱活化形狀記憶聚合物（SMP）是形狀記憶聚合物（SMP）中應(yīng)用最為廣泛的類(lèi)型之一，它們之所以受到青睞，是因?yàn)榫邆涑錾挠∷⑦m應(yīng)性、輕質(zhì)、成本低廉、較大的恢復(fù)應(yīng)變以及簡(jiǎn)便的形狀編程技術(shù)。當(dāng)熱活化SMP被加熱至其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）以上時(shí)，它們會(huì)發(fā)生變形，并且由于熵彈性效應(yīng)，能夠恢復(fù)其原始形態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)溫度控制，研究者們采用了多種方法，包括水浴、烤箱和紅外加熱等。例如，Zeng等人通過(guò)高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的水浴處理（見(jiàn)圖1（a，c））。在圖1（b）中，Liu等人在溫控室內(nèi)研究了4D打印連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料馬蹄形晶格結(jié)構(gòu)的溫度依賴(lài)性機(jī)械性能和熱活性變形行為。研究結(jié)果顯示，這些結(jié)構(gòu)展現(xiàn)了卓越的形狀記憶特性和循環(huán)承載能力。此外，Tian等人利用連續(xù)碳纖維與PA66熱膨脹系數(shù)的差異，通過(guò)纖維路徑設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了4D打印結(jié)構(gòu)的可控變形。如圖1（d）所示，連續(xù)纖維打印路徑與溫度變化相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)結(jié)構(gòu)變形的精確控制。

2、電熱驅(qū)動(dòng)4D打印

在利用具有導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能的纖維來(lái)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)時(shí)，這些特性可以被用來(lái)通過(guò)施加電壓實(shí)現(xiàn)自加熱，這一現(xiàn)象亦稱(chēng)作焦耳效應(yīng)。將形狀記憶聚合物（SMP）與導(dǎo)電連續(xù)纖維結(jié)合，可以借助焦耳熱進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其中焦耳熱涉及利用電流進(jìn)行內(nèi)部加熱。由導(dǎo)電連續(xù)纖維增強(qiáng)的SMP復(fù)合材料制成的致動(dòng)器，能夠省去傳統(tǒng)直接加熱裝置的激活需求。在先前的研究中，電熱活化的4D打印碳纖維和金屬纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRPCs）是主要的研究對(duì)象。將連續(xù)纖維的導(dǎo)熱和導(dǎo)電特性與熱塑性聚合物相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的電熱活化變形。例如，周等人介紹了一種4D打印方法，該方法將連續(xù)金屬纖維嵌入SMP中，以在聚合物基體中形成焦耳效應(yīng)路徑。如圖2（a）所示，連續(xù)Cr-Ni 20/80纖維增強(qiáng)的復(fù)合手和百葉窗是通過(guò)施加適當(dāng)?shù)碾娏鱽?lái)實(shí)現(xiàn)自主變形的。Dong等人和Leng等人使用4D打印技術(shù)制造了基于連續(xù)碳纖維增強(qiáng)的SMP復(fù)合材料。如圖2（b）所示，原始樣品呈爪狀，當(dāng)施加電壓后，樣品能夠恢復(fù)到原始形狀。此外，彎曲的試樣在50.6 V電壓下加熱變形時(shí)，能夠舉起5克的重物。圖2（c，d）展示了在電熱激活形狀恢復(fù)過(guò)程中4D打印樣品的熱圖像。

3 、濕度驅(qū)動(dòng)4D打印

可再生資源且對(duì)環(huán)境無(wú)害。采用連續(xù)天然纖維增強(qiáng)了濕敏生物復(fù)合材料（HBC）的剛性和強(qiáng)度，并賦予了更高的操控性能。此外，連續(xù)纖維的使用可以更精確地控制HBC的各向異性特性，進(jìn)而更有效地控制驅(qū)動(dòng)方向。例如，Le Duigou等人評(píng)估了連續(xù)亞麻纖維增強(qiáng)HBC的定制4D打印潛力。圖3（a）展示了在濕度刺激下，HBC樣品隨時(shí)間變化的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和變形過(guò)程的示意圖。De Kergariou等人打印了具有不同纖維路徑的葉狀HBC。數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）技術(shù)被用來(lái)記錄變形過(guò)程，而變形測(cè)量的后處理結(jié)果如圖3所示。此外，使用DIC方法捕捉了馬蹄蓮HBC在潮態(tài)過(guò)程中的變形圖像。hygromorph biocomposites

4 、多刺激驅(qū)動(dòng)4D打印

熱活化SMP是應(yīng)用最廣泛的SMP之一，具有良好的印刷適性、重量輕、價(jià)格低、恢復(fù)應(yīng)變大和簡(jiǎn)單的形狀編程方法。當(dāng)SMP加熱到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)以上時(shí)，會(huì)變形，并由于熵彈性效應(yīng)，其原始特性得以恢復(fù)。電熱活化是通過(guò)施加電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)自熱，也稱(chēng)為焦耳效應(yīng)。SMP與導(dǎo)電連續(xù)纖維相結(jié)合，可以通過(guò)焦耳熱驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的電熱活化變形。濕度激活材料通過(guò)不同的膨脹、收縮和拉伸機(jī)制在時(shí)間和空間上改變它們的構(gòu)型。多刺激激活是通過(guò)在SMP中添加功能性添加劑來(lái)開(kāi)發(fā)的，利用連續(xù)纖維和聚合物基質(zhì)的特性實(shí)現(xiàn)了活化性能。

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