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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）中應用最為廣泛的類型之一，它們之所以受到青睞，是因為具備出色的印刷適應性、輕質(zhì)、成本低廉、較大的恢復應變以及簡便的形狀編程技術。當熱活化SMP被加熱至其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）以上時，它們會發(fā)生變形，并且由于熵彈性效應，能夠恢復其原始形態(tài)。為了實現(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等人通過高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的水浴處理（見圖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)纖維增強復合材料馬蹄形晶格結(jié)構(gòu)的溫度依賴性機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，通過纖維路徑設計實現(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，實現(xiàn)了對結(jié)構(gòu)變形的精確控制。

2、電熱驅(qū)動4D打印

在利用具有導電和導熱性能的纖維來增強結(jié)構(gòu)時，這些特性可以被用來通過施加電壓實現(xiàn)自加熱，這一現(xiàn)象亦稱作焦耳效應。將形狀記憶聚合物（SMP）與導電連續(xù)纖維結(jié)合，可以借助焦耳熱進行驅(qū)動，其中焦耳熱涉及利用電流進行內(nèi)部加熱。由導電連續(xù)纖維增強的SMP復合材料制成的致動器，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復合材料（CFRPCs）是主要的研究對象。將連續(xù)纖維的導熱和導電特性與熱塑性聚合物相結(jié)合，實現(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路徑。如圖2（a）所示，連續(xù)Cr-Ni 20/80纖維增強的復合手和百葉窗是通過施加適當?shù)碾娏鱽韺崿F(xiàn)自主變形的。Dong等人和Leng等人使用4D打印技術制造了基于連續(xù)碳纖維增強的SMP復合材料。如圖2（b）所示，原始樣品呈爪狀，當施加電壓后，樣品能夠恢復到原始形狀。此外，彎曲的試樣在50.6 V電壓下加熱變形時，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過程中4D打印樣品的熱圖像。

3 、濕度驅(qū)動4D打印

可再生資源且對環(huán)境無害。采用連續(xù)天然纖維增強了濕敏生物復合材料（HBC）的剛性和強度，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，進而更有效地控制驅(qū)動方向。例如，Le Duigou等人評估了連續(xù)亞麻纖維增強HBC的定制4D打印潛力。圖3（a）展示了在濕度刺激下，HBC樣品隨時間變化的設計結(jié)構(gòu)和變形過程的示意圖。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（DIC）技術被用來記錄變形過程，而變形測量的后處理結(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)過程中的變形圖像。hygromorph biocomposites

4 、多刺激驅(qū)動4D打印

熱活化SMP是應用最廣泛的SMP之一，具有良好的印刷適性、重量輕、價格低、恢復應變大和簡單的形狀編程方法。當SMP加熱到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)以上時，會變形，并由于熵彈性效應，其原始特性得以恢復。電熱活化是通過施加電壓來實現(xiàn)自熱，也稱為焦耳效應。SMP與導電連續(xù)纖維相結(jié)合，可以通過焦耳熱驅(qū)動，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的電熱活化變形。濕度激活材料通過不同的膨脹、收縮和拉伸機制在時間和空間上改變它們的構(gòu)型。多刺激激活是通過在SMP中添加功能性添加劑來開發(fā)的，利用連續(xù)纖維和聚合物基質(zhì)的特性實現(xiàn)了活化性能。

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