冷勁松教授團隊Advanced?Fiber Materials：形狀記憶聚合物纖維：材料、結構及應用

形狀記憶聚合物(SMP)是一種能夠響應外界環境變化的智能材料，通過靜電紡絲技術能夠制備出形狀記憶聚合物纖維(SMPFs)并使其結構得到拓展。近年來，SMPFs在生物醫學、自修復、智能紡織、傳感器及能量收集等領域有著廣泛研究，為智能可變形材料和結構提供了新思路和新方法。近期，哈爾濱工業大學復合材料與結構研究所冷勁松教授課題組在《Advanced Fiber Materials》上發表了題為?“Shape Memory Polymer Fibers: Materials, Structures, and Applications” 的綜述論文。論文系統闡述了SMPFs的材料、制備方法、結構、多功能性以及應用等方面的研究進展。

文章簡要介紹了SMP的變形機理、特點以及目前的應用情況，并介紹了形狀記憶聚合物微納米纖維的研究歷程及研究意義。作者對形狀記憶微納米纖維的主要制備方法即靜電紡絲技術進行了介紹。采用靜電紡絲裝置所制備出的微納米纖維具有不同的微觀結構，如無紡結構、核殼結構、取向結構和中空結構（圖1）。同時，調整靜電紡絲工藝及參數還可以控制纖維的形貌。接著，文章討論了SMPFs的多功能性，如多重形狀記憶效應、可逆形狀記憶效應和遠程驅動行為。為了實現SMPFs的多功能化，國內外學者對多重SMPFs和可逆SMPFs的研究逐漸深入，不僅能夠使纖維實現多個形狀的固定，還能夠使電紡纖維網絡實現可逆的孔徑變化，從而使SMPFs具有更大的應用潛力。此外，SMPFs的驅動方式一直備受關注，除了傳統的熱驅動，磁、電、光、水等新興驅動方式也在逐步完善與發展（圖2）。

文章著重介紹了SMPFs的一些典型應用，包括藥物釋放、細胞培養、組織支架、自修復、能量收集、傳感器和智能紡織等。SMPFs因結構多樣化、比表面積大、孔隙率可調等特點，可廣泛應用于多個領域，特別是生物醫學領域。SMPFs特有的三維結構有利于細胞的遷移、粘附和增殖，纖維孔徑大小有利于營養物質的傳遞及組織修復中血管的再生，因此SMPFs在需要活性結構和功能元件的應用上具有巨大的研究價值。除生物醫學應用外，SMPFs所特有的形狀記憶效應是實現材料自修復的一種方法，它不僅可以實現對微觀裂紋的修復，而且可以實現對宏觀裂紋的填補。因此，其在自修復領域的應用前景廣泛。SMPFs在能量收集、傳感器和智能紡織中的應用也備受關注。最后，作者對SMPFs的發展現狀進行了總結（表1），并提出了目前所面臨的一些實際問題與挑戰，進一步提出了SMPFs的未來發展方向。哈爾濱工業大學復合材料與結構研究所碩士研究生王璐為本文第一作者，張風華副研究員和冷勁松教授為共同通訊作者。

圖1. 不同結構的形狀記憶聚合物纖維

圖2.?形狀記憶聚合物纖維在不同驅動條件下的形狀回復過程（水，磁，電）

表1. 形狀記憶聚合物纖維：材料、結構、驅動方法和應用

課題組簡介：

冷勁松，哈爾濱工業大學教授，博導，教育部長江學者特聘教授，國家杰出青年基金獲得者，歐洲科學院外籍院士（Foreign?Member of Academia Europaea），歐洲科學與藝術院院士（Member of the European Academy of Sciences and Arts），中組部“萬人計劃”首批科技創新領軍人才，“國家百千萬人才工程”入選者，黑龍江省“頭雁”團隊負責人。現任國際復合材料委員會副主席、中國復合材料學會副理事長，中國增材制造產業聯盟專家委員會副主任委員、教育部力學專業教學指導委員會委員、中國力學學會物理專業委員會副主任。長期從事智能材料與結構力學研究，發表SCI論文280余篇，出版3部中英文論著，授權國家發明專利120項、國際專利3項。獲國家自然科學二等獎（第一）1項，獲國際復合材料委員會（ICCM）World Fellow獎。擔任International Journalof Smart and Nano Materials主編。當選美國科學促進會（AAAS）、國際光學工程學會（SPIE）、英國物理學會（IOP）、英國皇家航空學會（RAeS）、英國材料、礦石和冶金協會（IMMM）等多個國際學會會士（Fellow）。

原文信息：

Lu Wang, Fenghua Zhang, Yanju Liu*, Jinsong Leng*. Shape Memory Polymer Fibers: Materials, Structures, and Applications. Adv. Fiber Mater. (2021).

https://doi.org/10.1007/s42765-021-00073-z

期刊介紹：

《先進纖維材料》 (Advanced Fiber Materials)?（ISSN: 2524-7921 (Print) 2524-793X (Online)）是一本由同行評議、國際性、跨學科的研究期刊，旨在發表纖維材料、纖維基器件及其應用領域內高水平論文，反映纖維領域的快速前沿發展。Advanced Fiber Materials由東華大學纖維材料改性國家重點實驗室發起，中國科學院院士朱美芳教授任主編，東華大學和中國材料研究學會共同主辦，由Springer Nature出版集團代理海外紙本發行和全球電子版發行，發表論文類型包括原創研究、綜述文章、前瞻性快報、觀點、新聞和亮點。本期刊將于2021和2022年每年發行6期，歡迎廣大科研人員將高質量的研究論文、綜述文章等投稿至此期刊。所有文章在接受后將立即在線發布并可以被引用，作者無需繳納任何版面費，歡迎投稿！

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