電致形狀記憶復(fù)合材料研究進(jìn)展

劉 文，師文釗?，劉瑾姝，陸少鋒，周紅娟

（西安工程大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710048）

0 前言

形狀記憶材料（SME）作為近年研究發(fā)展迅速的智能材料之一，可感知環(huán)境變化（如熱［1?2］、光［3?4］、磁［5?6］等），并對其形狀［7］、力學(xué)性能［8］參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而恢復(fù)到初始狀態(tài)，目前被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械［9?10］、紡織制造［11?12］、航空材料［13?14］等領(lǐng)域中。隨著研究的深入，學(xué)術(shù)界將其分為3種類型，即形狀記憶合金（SMA），形狀記憶陶瓷（SMCs）和形狀記憶復(fù)合材料（SMCMs）。其中形狀記憶聚合物因其形變閾值廣、加工能力強(qiáng)及成本低廉等優(yōu)勢，在形狀記憶復(fù)合材料開發(fā)中受到研究者廣泛關(guān)注.

目前大部分環(huán)境響應(yīng)型形狀記憶復(fù)合材料的基體均為熱致形狀記憶材料［1?3］，雖然其制備方法簡單易行，但由于熱響應(yīng)方式一般是接觸式的，難以滿足需要遠(yuǎn)程加熱來回復(fù)形變［15?16］的復(fù)合材料要求。目前發(fā)展比較迅速的新型無接觸式形狀記憶復(fù)合材料主要是光響應(yīng)與磁響應(yīng)形狀記憶復(fù)合材料［17?20］，但因其形狀記憶性能需要特定的波長［21?22］或者特定的磁場以及頻率［23?24］誘導(dǎo)，限制了其應(yīng)用［25?26］。電致形狀記憶復(fù)合材料（electro?ac?tive shape memory composite materials，EA?SMCMs）因其可遠(yuǎn)程操控性以及響應(yīng)速度快等優(yōu)良特性被重點(diǎn)研究并廣泛應(yīng)用于各種智能功能材料開發(fā)［27?30］。

本文基于電致形狀記憶的響應(yīng)機(jī)理綜述了電致形狀記憶復(fù)合材料的分類及研究現(xiàn)狀，分析了電致形狀記憶復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與其形狀記憶性能的關(guān)系，介紹了其在航空航天［13?14］、生物醫(yī)療［9?10］、紡織制造［11?12］、電子半導(dǎo)體［27］等領(lǐng)域的應(yīng)用，并展望了電致形狀記憶復(fù)合材料發(fā)展前景。如圖1所示為基于EA?SMCMs并且結(jié)合本文對于該材料的分類以及應(yīng)用形成的綜述圖。

圖1 EA?SMCMs的分類及應(yīng)用Fig.1 Classification and application of EA?SMCMs

1 EA?SMCMs電致形狀記憶機(jī)理

電致形狀記憶復(fù)合材料通常以熱致形狀記憶復(fù)合材料作為基體，通過向其中加入導(dǎo)電物質(zhì)而獲得電致形狀記憶性能。如圖2所示，常見電致形狀記憶復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)構(gòu)成圖。在宏觀層面，電致形狀記憶過程首先需要升溫到形狀記憶復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）以上，隨后施加外力使材料變形，保持施加外力不變的情況下降低溫度，獲得變形形態(tài)。之后向處于變形態(tài)的復(fù)合材料施加電壓，基于復(fù)合材料的內(nèi)部電阻在電流通過時(shí)產(chǎn)生熱量，對形狀記憶復(fù)合材料基體形成熱刺激，誘導(dǎo)電致形狀記憶復(fù)合材料恢復(fù)形變［31?34］。

圖2 EA?SMCMs結(jié)構(gòu)構(gòu)成圖及熱傳導(dǎo)方向圖［18］Fig.2 EA?SMCMs structure diagram and heat conduction diagram

在微觀層面，電致形狀記憶復(fù)合材料的形狀記憶機(jī)理與其分子鏈網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)點(diǎn)和開關(guān)相有關(guān)［35］。圖3、圖4為電致形狀記憶復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)及形狀記憶原理圖。對于初始狀態(tài)的復(fù)合材料分子鏈?zhǔn)请S機(jī)分布的這是沒有外界干擾，此時(shí)熵值最大［36?37］。同時(shí)隨著增加外界溫度至Tg，此時(shí)復(fù)合材料內(nèi)部分子鏈不斷運(yùn)動，同時(shí)部分鏈段會朝外力進(jìn)行排列，此時(shí)的熵值降低，這時(shí)的復(fù)合材料是具有較高能量［38?39］，同時(shí)處于臨時(shí)形狀。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)變，此時(shí)鏈段運(yùn)動被凍結(jié)，但是分子鏈構(gòu)象的取向依然存在［40?41］。此時(shí)施加電壓，由于材料內(nèi)部的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)可以產(chǎn)生焦耳熱從而上升到Tg，分子鏈段運(yùn)動能力增強(qiáng)，此時(shí)無外力作用的分子鏈段由于熱運(yùn)動自發(fā)恢復(fù)至構(gòu)象熵最大狀態(tài)［42?43］，即呈現(xiàn)出電致形狀記憶行為。

圖3 復(fù)合材料網(wǎng)絡(luò)的典型結(jié)構(gòu)示意圖［19］Fig.3 Schematics of the typical structures of a polymer network

圖4 形狀回復(fù)過程中的復(fù)合材料網(wǎng)絡(luò)示意圖［20］Fig.4 Schematic of polymer networks during shape recovery

2 電致形狀記憶復(fù)合材料分類

電致形狀記憶復(fù)合材料內(nèi)填充材料一般可以分為納米顆粒、連續(xù)纖維、短切纖維等，其中納米顆粒常用石墨烯［44?47］、納米碳黑顆粒［49］等；連續(xù)纖維常用碳納米管［48］等；短切纖維常用碳纖維［51］以及加工處理的金屬［52］等。

2.1 納米顆粒填料

對于納米級別的碳黑（CB）材料來說，因其價(jià)格低廉并且具有較高的電導(dǎo)率（美國生產(chǎn)的XC?72R炭黑電導(dǎo)率2.77 S/cm［52］），被廣泛應(yīng)用于電致形狀記憶材料研究中。對于納米級別的填充材料來說，往往分子間距離發(fā)生改變的時(shí)候，此時(shí)就會對于導(dǎo)電材料的滲流路徑造成影響，即碳黑含量越高，此時(shí)復(fù)合材料內(nèi)部的碳黑密度增大，此時(shí)形變回復(fù)率也會增大。

LU［57］等研究制備了碳黑與聚氨酯復(fù)合的彈性聚氨酯（EPU）層壓復(fù)合材料，制備過程如圖5所示，即將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%～15.0%的碳黑分別加入聚氨酯溶液中進(jìn)行強(qiáng)力攪拌最后進(jìn)行層壓。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)碳黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%時(shí)復(fù)合材料具有最大電導(dǎo)率，超過此范圍則變成導(dǎo)電復(fù)合材料。同時(shí)碳黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.0%的復(fù)合材料具有最佳的形狀固定性，這是因?yàn)榇藭r(shí)聚氨酯軟鏈段呈現(xiàn)出良好的熱誘導(dǎo)性。當(dāng)碳黑含量較少時(shí)，粒子以孤立的形式分布在復(fù)合材料基體中，電阻較大，此時(shí)該材料導(dǎo)電主要依靠隧道效應(yīng)［58］。增加碳黑含量可以增加電導(dǎo)率［59］，但是當(dāng)碳黑含量超過了體系的滲閾值，材料呈現(xiàn)出絕緣性。一般多相結(jié)構(gòu)與半結(jié)晶結(jié)構(gòu)具有較低的滲閾值［60］。如碳黑填充的形狀記憶熱固性聚苯乙烯復(fù)合材料也具有較低的滲閥值，碳黑含量為3.8%時(shí)表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性［61］。

圖5 電致雙向形狀記憶復(fù)合材料層壓板的制備示意圖［57］Fig.5 Illustration for preparation of electro?active two?way shape memory polymer laminates

將納米級別的石墨烯作為填充材料，因其特殊的電子排列方式可獲得優(yōu)良的導(dǎo)電性能。Wang等［62］通過物理共混制備環(huán)氧樹脂/氧化石墨烯（EP/RGO）復(fù)合材料，其回復(fù)速率隨著電壓的增高而逐漸增大，在8 V電壓下具有最佳的形狀回復(fù)效率，即在16 s可以實(shí)現(xiàn)90%的回復(fù)形變。

對于納米顆粒作為導(dǎo)電填料時(shí)，往往因?yàn)榱Ｗ右讏F(tuán)聚的特點(diǎn)而對導(dǎo)電特性產(chǎn)生影響，甚至當(dāng)材料分布不均就會導(dǎo)致復(fù)合材料的物理特性較差甚至出現(xiàn)局部導(dǎo)電現(xiàn)象，因此在制備過程中需要注意工藝流程的優(yōu)化。

2.2 連續(xù)纖維填料

以碳納米管（CNT）為主要的連續(xù)纖維填料是數(shù)層六邊形排列的碳原子組成的同軸圓管狀物質(zhì)，基于其微觀結(jié)構(gòu)而容易形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，也被廣泛應(yīng)用于電致形狀記憶材料中［66?67］，且碳納米管填充的形狀記憶復(fù)合材料其電阻值幾乎不受溫度的影響。

Mohan等［68］研究了熱塑性聚氨酯彈性體/聚己內(nèi)酯（TPU/PCL）共混物的形狀記憶行為，復(fù)合材料的制備過程如圖6所示。通過加入未經(jīng)任何修飾的多壁碳納米管（MWCNTs），從而獲得三元連續(xù)共混物的優(yōu)異導(dǎo)電性。由于前人研究發(fā)現(xiàn)共連續(xù)結(jié)構(gòu)可以賦予不混融混合物的形狀記憶形態(tài)［69］，因此 Mohan［68］等進(jìn)一步研究了兩種不混融的共混物比例對形狀記憶性能的影響。通過制備不同比例的TPU/PCL基體，發(fā)現(xiàn)比例為60/40的基體具有最佳的定型效果，之后加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.0%的MWCNTs制成復(fù)合材料具有較高的電導(dǎo)率。這是因?yàn)镸WCNTs材料作為復(fù)合材料的導(dǎo)電填料在復(fù)合材料中具有選擇性定位的效果，從而使形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)在整個(gè)材料中比較均勻。特別的是在第一次熱循環(huán)（升溫到Tg），CNT含量與復(fù)合材料的形變回復(fù)率成反比。之后隨著熱循環(huán)次數(shù)增多，不同CNT含量的復(fù)合材料形變回復(fù)率成正比，最終都保持在95%左右，即所謂的“訓(xùn)練效應(yīng)”［70?71］。

圖6 PCL/SEBS?g?MA/MWCNTs納米復(fù)合材料的制備過程［68］Fig.6 Preparation procedure of the PCL/SEBS?g?MA/MWCNTs nanocomposites

與碳黑填料類似，以CNT為填料的復(fù)合材料形變回復(fù)性能隨CNT含量的增多先增大后減小。Cho［72］等將形狀記憶PU與MWCNTs進(jìn)行原位聚合，當(dāng)MW?CNTs含量為6.0%時(shí)，復(fù)合材料回復(fù)率可達(dá)75%。由于CNT具有較高的力學(xué)性能，因此復(fù)合材料物理特性也隨之變化。而當(dāng)CNT含量較低時(shí)，復(fù)合材料電阻非常高，材料不具有電致形狀記憶效應(yīng)；當(dāng)CNT的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到6.0%時(shí)，軸向排列和均勻分布的CNT有助于提高纖維的導(dǎo)電性，其復(fù)合材料電阻降低幅度變??；當(dāng)CNT含量更高時(shí)，其在基體中易聚集且使復(fù)合材料制備困難，而材料電導(dǎo)率不能達(dá)到更高的水平且復(fù)合材料最大應(yīng)變極低，不利于電致形狀記憶特性的發(fā)揮。

REN等［73］研究發(fā)現(xiàn)相對于傳統(tǒng)的混合方法和原位聚合制得的PU復(fù)合材料，將強(qiáng)酸處理后的MWCNTs與PU的預(yù)聚物交聯(lián)聚合制得的形狀記憶PU復(fù)合材料中CNT的分散更加均勻，復(fù)合材料具有更好的力學(xué)性能，其形變回復(fù)率、形變固定率以及導(dǎo)電性能也有所提高。

2.3 短切纖維填料

對于短切纖維來說，一般使用的碳納米纖維的直徑在50～300 nm之間，與傳統(tǒng)的碳填充材料相比更易形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是近年來研究復(fù)合材料時(shí)新型的填充材料［77?79］。

CONB等［80］將填充有短碳纖維（SCF）的聚乙烯醇（PVA）通過電混合熔融制備得到熱電形狀記憶復(fù)合材料，制備過程如圖7所示。研究發(fā)現(xiàn)填充少量的SCF即可形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，此時(shí)復(fù)合材料內(nèi)部分子分布均勻，散熱速度較快，Tg低。當(dāng)SCF的濃度增大時(shí)，復(fù)合材料的應(yīng)變反而降低，當(dāng)復(fù)合物配比為SCF40/PVA60時(shí)復(fù)合材料形狀回復(fù)率可達(dá)97.1%。

圖7 PVA/SCF復(fù)合材料的制備過程（a）及SCF10?I（b）和SCF10?II（c）放大20倍的光學(xué)照片［80］Fig.7 Preparation procedures of PVA/SCF composites（a）and optical images of SCF10?I（b）and SCF10?II（c）at a magnification of 20

ATOUFI等［81］將自組裝碳纖維與六方氮化硼（HBN）組成復(fù)合材料，以5.0%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)混合到形狀記憶樹脂中，在微觀環(huán)境下，發(fā)現(xiàn)其中的碳纖維分子相互作用從而形成互鎖的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所制備復(fù)合材料的最大形變回復(fù)率為95%。

He等［82］在研究填充材料導(dǎo)電性時(shí)，發(fā)現(xiàn)使用單一的填充材料在與基體分子形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)時(shí)離散效率有限，組成的復(fù)合材料滲透導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)形成較差。因此將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%的短切的碳納米纖維與不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鎳納米鏈（0、2.5%、5.0%、7.5%）復(fù)合。隨著復(fù)合材料內(nèi)部混合填料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，形成的導(dǎo)電路徑也逐漸增多，其中由2.5%碳納米纖維與7.5%鎳納米鏈混合形成的復(fù)合材料具有最高的電導(dǎo)率，與單獨(dú)添加2.5%碳納米纖維制備的電致憶材料相比，其電導(dǎo)率擴(kuò)大了6 000倍。這歸功于鎳納米鏈的內(nèi)部是一個(gè)多空三維晶格，此時(shí)碳納米纖維與鎳納米鏈之間相互纏繞更容易形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而使形成的導(dǎo)電路徑更加穩(wěn)固。

采用金屬纖維作為導(dǎo)電填料時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)低電壓的快速響應(yīng)。但是因其價(jià)格昂貴的特點(diǎn)，研究較少。Zhou等［61］通過溶劑澆鑄法制備了可以在較低電壓（2 V）實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)的聚氨酯?銀（短切）纖維復(fù)合材料。

2.4 多種混合填料

單獨(dú)使用碳黑材料作為填充材料時(shí)，復(fù)合材料性能容易受到復(fù)合材料基體的影響［63?64］，因此有研究利用其他材料與碳黑混合作為填充材料，用以改進(jìn)材料的相關(guān)性能。如PENG等［65］提出將碳黑與薄片化石墨納米片作為復(fù)合材料導(dǎo)電粒子，以聚環(huán)辛烯（CAS）作為復(fù)合材料基質(zhì)進(jìn)行熔融復(fù)合制備電致形狀記憶復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓高于l00 V時(shí)單獨(dú)使用碳黑作為填料，其含量為4.0%的復(fù)合材料電導(dǎo)率最大。而單獨(dú)使用薄片化石墨納米片作為填料的復(fù)合材料電阻率為1.131 017 Ω·m，將碳黑與薄片化石墨納米片復(fù)合作為填充材料，復(fù)合材料電阻率升高至1.431 06 Ω·m，說明碳黑相對于石墨納米片具有更高的導(dǎo)電性，這可能是因?yàn)閺?fù)合材料內(nèi)的矩陣形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，填料在基質(zhì)中的分散不允許形成電流流動滲透網(wǎng)絡(luò)。

由于導(dǎo)電填料和復(fù)合材料之間的強(qiáng)相互作用會導(dǎo)致共混物黏度髙，填料難以均勻分布，特別是納米級填料。為解決此問題通常需要引入各種形式的薄膜納米紙。如Lu［75］通過將化學(xué)表面改性的碳納米管采用三維模板結(jié)合碳納米纖維做成一種電致形狀記憶材料。通過測定不同含量比的電阻率，發(fā)現(xiàn)納米纖維的含量與電阻率成反比。同時(shí)相關(guān)文獻(xiàn)研究表明電阻率增大，會導(dǎo)致潛在的熱分解，從而影響其中的外基體與內(nèi)部嵌入分子的結(jié)合［76?77］。因此選擇合適的質(zhì)量比是至關(guān)重要的。

3 制備方法

電致形狀記憶復(fù)合材料常由物理共混法、原位聚合法、冷凍干燥法等方法制得。

3.1 物理共混法

物理共混法是將基體分子與填充材料通過分子間作用力復(fù)合的方法。

Yang等［74］通過共混法將聚乳酸熱壓成片制成多嵌段共聚物，在共聚物內(nèi)部加入1.0%一維CNT時(shí)，復(fù)合材料電導(dǎo)率可增加14個(gè)數(shù)量級，且可在45 s內(nèi)恢復(fù)原始形狀。

Guo等［66］制備了熱塑性聚酰亞胺/碳纖維（TPI/CF）復(fù)合材料，首先將TPI與CF進(jìn)行預(yù)處理，其次加入ZnO、抗氧化劑4010NA、硬脂酸等在球磨機(jī)的作用下進(jìn)行共混，最后在硫化壓力機(jī)作用下進(jìn)行層壓。通過電子顯微鏡進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)測試的碳纖維官能團(tuán)在物理共混的作用下發(fā)生功能化，此時(shí)TPI表面受到碳纖維官能團(tuán)的影響，使基體與填充材料結(jié)合更加密切，從而有利于復(fù)合材料相關(guān)物理性能的發(fā)揮。

Yu等［82］將基體熱塑性聚氨酯/聚己內(nèi)酯（TPU/PCL）進(jìn)行預(yù)處理，通過熔融共混的方法與MWCNTs進(jìn)行混合，制備得到TPU/PCL/MWCNTs復(fù)合材料。在對材料進(jìn)行材料的回復(fù)性能進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)電壓小于30 V，單層復(fù)合材料140 s后的形狀回復(fù)率僅為68.5%，而兩層復(fù)合材料的形狀回復(fù)率最佳，在60 s內(nèi)形狀回復(fù)率為88.8%。

Ha等［55］同樣采用共混的方法將經(jīng)硼酸處理的MWCNTs和聚氨酯復(fù)合制得電致形狀記憶復(fù)合材料，該材料在10 V電壓下，10 s可以實(shí)現(xiàn)78%的形狀回復(fù)率。

物理共混的方法在工業(yè)生產(chǎn)中十分的常見，通過輥筒等儀器進(jìn)行導(dǎo)電顆粒與基體之間的混合，可以很大程度上保護(hù)混合物分子結(jié)構(gòu)上的完整性。

3.2 原位聚合法

原位聚合法是將反應(yīng)物單體填充到納米材料之間，通過聚合反應(yīng)制備復(fù)合材料的方法，該方法需要將催化劑、預(yù)聚體等全部加入。

Yong等［83］采用碳納米纖維與聚苯乙烯（PS）通過原位聚合法制得形狀記憶復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)碳納米纖維含量在3.5%時(shí)復(fù)合材料的動態(tài)機(jī)械熱分析曲線具有最高峰值。同時(shí)填料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從1.0%增加到3.5%時(shí)，復(fù)合材料的電導(dǎo)率從10-8S/m變?yōu)?0-2S/m。

Ku等［69］通過原位聚合法制備了一種三維石墨烯/銀納米線的多孔材料（PGSE）。該復(fù)合材料在通電的情況下，電荷載流子在銀納米線的構(gòu)建下可以快速通過石墨烯，并且可以在0.8 V、60 s的條件下實(shí)現(xiàn)100%的形狀回復(fù)率。

Zhang等［41］則采用MWCNTs/聚己二酸丁二醇酯二醇（PBAG）通過原位聚合法制得電致形狀記憶已復(fù)合材料。進(jìn)行DMA表征分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)隨著復(fù)合材料中填料含量的增加，其儲能模量先上升后下降，同時(shí)在加入導(dǎo)電顆粒之后，復(fù)合材料的初始、最大熱分解溫度均得到提升，說明該方法促進(jìn)了基體材料與填充材料的相容性，同時(shí)可以阻礙分子鏈的運(yùn)動。

3.3 冷凍干燥法

冷凍干燥法作為常見的電致形狀記憶復(fù)合材料的制備方法，通常先將基體材料進(jìn)行澆鑄成型，之后將其放置在真空冷凍環(huán)境下壓制成片。

He等［53］將經(jīng)過酸處理過后的CNT與聚乙烯醇溶劑進(jìn)行混合，采用自制的定向冷凍干燥裝置制成導(dǎo)電復(fù)合材料。在電子顯微鏡下可以獲得規(guī)整取向的微孔復(fù)合材料，同時(shí)在進(jìn)行電導(dǎo)率分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)該復(fù)合材料符合“逾滲理論”，當(dāng)碳黑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于12%時(shí)，隨著碳黑含量的增大，電導(dǎo)率逐漸減小，這是由于碳黑分子團(tuán)聚從而只有少部分碳黑分子參與到導(dǎo)電通路當(dāng)中。

Zhou等［56］首先將殼聚糖（Cs）混合到氧化石墨烯（GO）水溶液中，之后加入碳納米管顆粒最后進(jìn)行冷凍干燥制成復(fù)合材料。在進(jìn)行紅外光譜（FTIR）分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)具有強(qiáng)烈的—OH的吸收峰，這就說明此時(shí)的復(fù)合材料內(nèi)部形成的官能團(tuán)有利于導(dǎo)電路徑的形成。同時(shí)CNT的接入可以充分發(fā)揮縱橫聯(lián)通石墨烯的作用，更好的形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。

冷凍干燥法在制備過程中可以提供很好的物理支撐力，同時(shí)可以保護(hù)在溶液升華過程導(dǎo)電顆粒的相對穩(wěn)定性，有利于復(fù)合材料的電導(dǎo)率的測試。

4 電致形狀記憶材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系

電致形狀記憶復(fù)合材料的形狀記憶性能主要取決于復(fù)合材料的3個(gè)基本結(jié)構(gòu)［43］，即均勻的導(dǎo)體單元、導(dǎo)體與基體之間的接口粘接以及導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這同時(shí)也是制備電致形狀記憶復(fù)合材料的要求［84?87］。

4.1 均勻的導(dǎo)體單元

對于電致形狀記憶復(fù)合材料來說，通常是由熱致形狀記憶材料與導(dǎo)電顆粒共同形成的，但是常見的顆粒，如CNT、碳黑、碳纖維在進(jìn)行基體聚合時(shí)，往往就會發(fā)生導(dǎo)電顆粒的集聚，這就導(dǎo)致了顆粒分散不均而影響復(fù)合材料的性質(zhì)。

Xiao等［84］提出將聚偏氟乙烯（PVDF）作為基體，CNT與氮化硼（BN）作為填充材料，通過溶液共混的方法獲得三元聚合物。圖8所示為復(fù)合材料的掃描電子顯微鏡（SEM）照片，可以看出在BN/CNT達(dá)到10%時(shí)，導(dǎo)電顆粒在PVDF基體中呈現(xiàn)均勻的分散性，即使有少部分的導(dǎo)電顆粒相互接觸，但是在導(dǎo)電顆粒在基體界面之外發(fā)生了脫黏。當(dāng)BN/CNTs達(dá)到20%，此時(shí)相比于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的復(fù)合材料分散效果更好，同時(shí)由于CNTs的存在可以使得復(fù)合材料的熔體黏度增大，給BN顆粒帶來較大的剪切應(yīng)力，這增加了導(dǎo)電填充材料的分散均勻性。

圖8 不同BN/CNT含量時(shí)在復(fù)合材料中的分散狀態(tài)［84］Fig.8 Dispersion state in the composite with different BN/CNT contents

Piotr等［85］制備了PU/CNT?OH/CF的復(fù)合材料。由于含有經(jīng)過官能化的CNT，此時(shí)可以有效抑制導(dǎo)電顆粒的團(tuán)聚，通過透射電子顯微鏡（TEM）表征發(fā)現(xiàn)官能化的導(dǎo)電顆粒不僅可以使得復(fù)合材料內(nèi)部的導(dǎo)電單元均勻分散同時(shí)可以增加導(dǎo)電體系中的表面粗糙度，這樣也抑制了顆粒之間的團(tuán)聚。

Huang等［86］制備了PBSEG/CNT復(fù)合材料。通過在SEM下觀察復(fù)合材料的斷裂面，沒有發(fā)現(xiàn)CNT纖維，只是因?yàn)樵谥苽溥^程中的超聲處理，從而使得CNT導(dǎo)電顆粒在復(fù)合材料中的均勻分散。進(jìn)一步在TEM照片中可以發(fā)現(xiàn)CNT顆粒沒有形成集群現(xiàn)象，大都均勻分散在基體中。

4.2 導(dǎo)體與基體之間的接口黏結(jié)

導(dǎo)體與基體之間形成有效的接口黏結(jié)，可以防止復(fù)合材料在變形期間的分子鏈馳豫，并且在確定復(fù)合材料的初始形狀之后，可以通過導(dǎo)體與基體材料之間的接口粘結(jié)進(jìn)而保證在整個(gè)形變過程中的“應(yīng)力”凍結(jié)與恢復(fù)的有效性。

Xiao等［84］通過制備PVDF/BN/CNT的三元聚合物，并且用X射線衍射（XRD）觀察單一PVDF基體與加入10%的BN/CNT的聚合物，發(fā)現(xiàn)加入填充材料的聚合物α相衍射峰都明顯高于β相衍射峰。而單一基體的α相衍射峰應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于β相衍射峰。在電鏡下觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)BN/CNTs的“橋聯(lián)”結(jié)構(gòu)。在FTIR譜圖中的1 392 cm-1與3 651 cm-1處有顯著的波峰，這是N—H、C—H震動從而形成了導(dǎo)體顆粒與聚合之間的接口黏結(jié)。

Piotr等［85］提出通過預(yù)聚合的方法將功能化碳納米管/短切碳纖維（CNT?OH/CF）與PU制成復(fù)合材料。圖9所示為不同材料的FTIR譜圖，可以看出單獨(dú)的PU光譜在2 859 cm-1和2 940 cm-1處有兩個(gè)特征帶，這是歸因于CH2的對稱和不對稱拉伸振動，同時(shí)在1 100 cm-1出現(xiàn)的特征帶這是因?yàn)镃—O—C基團(tuán)的不對稱拉伸振動。但是在觀察復(fù)合材料的光譜圖時(shí)發(fā)現(xiàn)有明顯的移動，由于C—O—C基團(tuán)的伸展，特征峰從1 100 cm-1移動到1 138 cm-1，分析原因是因?yàn)镃NT與復(fù)合材料基體進(jìn)行黏結(jié)。同時(shí)由于預(yù)處理CNT表面含有OH、C=O基團(tuán)，此時(shí)就表現(xiàn)出1 718、1 682 cm-1特征峰，同時(shí)因?yàn)閺?fù)合材料具有電子吸收的功能，所以有3 200～3 500 cm-1范圍內(nèi)的特征帶。

圖9 純PU和用CNT?OH和CF改性的納米復(fù)合材料的FTIR譜圖［85］Fig.9 FTIR spectra of pure PU and nanocomposites modified with CNT?OH and CF［84］

Zhou等［56］首先將殼聚糖（CS）混合到氧化石墨烯（GO）水溶液中，之后加入CNT顆粒最后進(jìn)行冷凍干燥制成復(fù)合材料。在進(jìn)行FTIR分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)具有強(qiáng)烈的?OH的吸收峰，這就說明此時(shí)的復(fù)合材料內(nèi)部形成的官能團(tuán)有利于導(dǎo)電路徑的形成。同時(shí)CNT的接入可以充分發(fā)揮縱橫聯(lián)通石墨烯的作用，更好的形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。

Huang等［86］制備了 PBSEG/CNT 復(fù)合材料，其FTIR圖中在2 954 cm-1和2 920 cm-1處出現(xiàn)峰值，分別對應(yīng)CH3和CH2不對稱振動相關(guān)吸收峰。這些峰的存在表明聚合物之間的導(dǎo)電顆粒與聚合物的黏結(jié)。

4.3 導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

眾所周知，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成將會促進(jìn)復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能，此時(shí)材料通過焦耳熱的作用下才可以進(jìn)行恢復(fù)形變的功能，因此對于電致形狀記憶復(fù)合材料來說，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成對于形狀記憶過程具有重要的作用。

Xiao等［84］提出 PVDF/BN/CNT 的三元聚合物。在進(jìn)行電導(dǎo)率測試時(shí)，當(dāng)單獨(dú)CNT的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行改變時(shí)，發(fā)現(xiàn)聚合物在一定頻率下，隨著CNT的增大其電導(dǎo)率也在逐漸增加，這是因?yàn)樵诩尤虢?jīng)過超聲處理的氮化硼可以均勻分布在碳納米纖維中，此時(shí)形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)有效增加電導(dǎo)率。同時(shí)在對CNT的不同形狀進(jìn)行電導(dǎo)率測試時(shí)，發(fā)現(xiàn)纖維結(jié)構(gòu)的CNT相比于片狀的CNT具有更強(qiáng)的自纏結(jié)能力，從而具有更佳的電導(dǎo)率。

Piotr等［85］制備了PU/CNF?OH/CF的復(fù)合材料，通過電導(dǎo)率測量發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加入的MWCNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.0%以上時(shí)，隨著MWCNTs含量的增加，復(fù)合材料電導(dǎo)率也不斷增加。這是因?yàn)榻?jīng)過官能化的導(dǎo)電填充材料更容易促進(jìn)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)形成，對電導(dǎo)率提高有促進(jìn)作用。

Huang等［86］選取了聚丁二酸丁二醇酯（PBS）與聚乙二醇（PEG）作為多嵌段共聚物（PBSEG），導(dǎo)電填充材料為CNT，通過原位縮聚的方法制備了電致形狀記憶聚合物。圖10所示為復(fù)合材料的電導(dǎo)率，對于初始的基體，其電導(dǎo)率為10-15S/cm，這是一個(gè)絕緣體。當(dāng)加入0.2%、0.5%的CNT之后，電導(dǎo)率分別增加到9.43×10-7、4.42×10-3S/cm，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.5%CNT時(shí)，該復(fù)合材料就形成了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。如表1所示，在進(jìn)行差示掃描量熱（DSC）分析時(shí)，對于初始的PBS、PEG的熔融溫度分別為74.33℃和13.01℃，隨著CNTs含量的增加，此時(shí)的熔融溫度也在增加，由于PBS主導(dǎo)永久形狀而PEG則用于固定記憶形狀，因此當(dāng)形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之后，CNTs可以改善復(fù)合材料的形狀記憶性能。

表1 DSC分析的PBSEG及其納米復(fù)合材料的熱性能［86］Tab.1 Thermal properties of PBSEG and its nanocomposites from DSC［86］

圖10 不同CNT負(fù)載下PBSEG［Mn，PEG=10 000 g/mol，其進(jìn)料比為30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）］的電導(dǎo)率［86］Fig.10 Conductivity of PBSEG（Mn，PEG=10 000 g/mol，whose feed ratio is equal to 30%）at different CNT loading［86］

此外，近年來Arun等［72］采用PU樹脂作為復(fù)合材料基體，三羥甲基丙烷（TMP）作為交聯(lián)劑，二月桂酸二丁基錫（DBTDL）作為催化劑，將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的碳黑作為填充材料通過機(jī)械混合的方法制成復(fù)合材料。發(fā)現(xiàn)在碳黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%時(shí)，此時(shí)電刺激恢復(fù)形變是在所有PU為基體的復(fù)合材料中是最高的。在進(jìn)行SEM分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)隨著碳黑含量的增加，在“隧道效應(yīng)”的作用下，絕緣的復(fù)合材料突破滲流閾值，變成導(dǎo)電材料。此時(shí)這在微觀角度上也被稱為形成了納米級的量子隧道和導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。

基于以上3種結(jié)構(gòu)對性能的影響，在研究電致形狀記憶復(fù)合材料時(shí)，除了要選擇合適的填料以外，還要針對特定的應(yīng)用領(lǐng)域選取合適的復(fù)合材料基體，常見的電致形狀記憶復(fù)合材料的基體為：聚乙烯醇（PVA）［60］、聚己內(nèi)酯（PCL）［82］、聚乳酸（PLA）［74］、PU［72］等。在加入導(dǎo)電填充材料時(shí)，可以根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域選取不同的處理方法如：酸處理、多元材料復(fù)合等?；趶?fù)合材料3層次結(jié)構(gòu)的制備原理，選擇適當(dāng)?shù)闹苽涔に?，可以提高材料的?yīng)用性能以及拓寬材料的應(yīng)用領(lǐng)域。

5 電致形狀記憶復(fù)合材料的應(yīng)用

電致形狀記憶復(fù)合材料因其有優(yōu)良的響應(yīng)速度、遠(yuǎn)程操控等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中，如航空領(lǐng)域的電磁屏蔽、生物醫(yī)療中的可植入設(shè)備、半導(dǎo)體領(lǐng)域的軟機(jī)器人的關(guān)節(jié)等。

5.1 航空領(lǐng)域

航空航天領(lǐng)域?qū)Σ牧系囊笫紫仁切枰弦欢ǖ挠捕?、拉伸?qiáng)度及最佳的回復(fù)形變，因此在選擇材料時(shí)，首先需要對于形變恢復(fù)的速率進(jìn)行優(yōu)先考慮，之后在不同的航空應(yīng)用條件下進(jìn)行材料的細(xì)化選擇。圖11所示為電致形狀記憶復(fù)合材料應(yīng)用到同步衛(wèi)星中飛行硬件的實(shí)物圖。

圖11 SJ20地球同步衛(wèi)星上SMPC?FSAS的SMPC釋放機(jī)構(gòu)飛行硬件［62］Fig.11 SMPC releasing mechanism flight hardware of SMPC?FSAS aboard the SJ20 geostationary satellite

環(huán)氧樹脂因其優(yōu)良的膠黏性能、可加工性能、耐化學(xué)腐蝕性被用作航空領(lǐng)域常見的基體［71］，Yao［88］向環(huán)氧樹脂中加入碳黑與CNT填料，發(fā)現(xiàn)加入的填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.0%時(shí)具有最大焦耳熱，此時(shí)對應(yīng)的電導(dǎo)率相對較大。在220 V電壓下，復(fù)合材料可在60 s內(nèi)幾乎完全恢復(fù)形狀，在一定電壓范圍內(nèi)下（380 V內(nèi)），恢復(fù)速率與電壓成正比，因此可用于航空領(lǐng)域。JAHID等提出了一種新型的形狀記憶氣凝膠復(fù)合結(jié)構(gòu)，通過真空灌輸方法將填充材料CNT與石墨烯和環(huán)氧樹脂基體進(jìn)行復(fù)合，發(fā)現(xiàn)CNT可阻止石墨烯團(tuán)聚，在形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)時(shí)防止石墨烯之間的層間接觸，因此制備的該材料電導(dǎo)率相對較大為16.30 S/m，制成的材料可應(yīng)用于航空領(lǐng)域電磁屏蔽當(dāng)中。Lu等［89］創(chuàng)新性地將超導(dǎo)碳黑與短碳纖維作為填充材料，制備雙酚A型氰酸酯與聚丁二烯環(huán)氧樹脂的復(fù)合材料。當(dāng)其內(nèi)部的碳納米顆粒含量為5.0%、短碳纖維含量為2.0%時(shí)，材料在24 V的電壓感應(yīng)下，形成了一種智能鉸鏈，形狀恢復(fù)率為100%，具有優(yōu)良的形狀恢復(fù)率的材料可以用于航天領(lǐng)域中的火箭發(fā)射的助燃中。

近年來，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)將同種復(fù)合材料進(jìn)行物理上疊加也可增強(qiáng)導(dǎo)電性能，也可符合航天領(lǐng)域?qū)τ陔娭滦螤顝?fù)合材料的要求。Yu等［82］對TPU/PCL/MW?CNTs復(fù)合材料進(jìn)行制備，將基體TPU/PCL進(jìn)行預(yù)處理，之后通過熔融共混的方法與MWCNTs進(jìn)行混合，之后將制備的復(fù)合材料材料進(jìn)行折疊研究其相關(guān)的物理性能。在進(jìn)行ESME表征分析時(shí)發(fā)現(xiàn)在30 V以下，此時(shí)單層復(fù)合材料在140s之后的形狀回復(fù)率僅為68.5%，而兩層復(fù)合材料的形狀回復(fù)率最佳，在60 s內(nèi)形狀回復(fù)率為88.8%。

5.2 生物醫(yī)療

生物醫(yī)療材料要考慮填充材料的毒性與人體的抗性之間的關(guān)系。在上述3種填充材料對比時(shí)發(fā)現(xiàn)，CNT相比于其他兩種材料的毒性相對較大，因此一般將其應(yīng)用到生物外設(shè)備中。

植入式的生物醫(yī)療設(shè)備不斷進(jìn)入人們的視線，Su等［90］提出的將無機(jī)碳與銀納米線結(jié)合的思路，即：三維石墨烯作為多孔復(fù)合材料的骨架為，銀納米鏈作為復(fù)合材料的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。通過采用復(fù)合材料模板法來制備復(fù)合物，通過四點(diǎn)探針法測量可以明顯得到兩物（1∶1）結(jié)合的復(fù)合物電導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單一的兩種材料作為填充材料形成的復(fù)合材料。此時(shí)在30 V與50 V的電壓在下測得復(fù)合材料的恢復(fù)時(shí)間分別為72 s與53 s。這種復(fù)合材料可以在基于定電壓的條件下大規(guī)模應(yīng)用于生產(chǎn)，環(huán)保且成本較低，可廣泛用于相關(guān)的醫(yī)療器械領(lǐng)域。

隨著便攜式器件的應(yīng)用，對其中的導(dǎo)電納米復(fù)合材料的關(guān)注不斷加深。Hu等［91］提出一種多元復(fù)合材料，即通過溶液混合與溶劑澆濤工藝將MWCNTs與丁二酸丁二酯（PBS）以及聚己內(nèi)酯（PCL）進(jìn)行復(fù)合。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%的MWCNTs混合到基體時(shí)，這兩種物質(zhì)是不相溶的。然而將4.0%MW?CNTs混合到基體時(shí)，具有高度依賴于復(fù)合材料的界面相，可增進(jìn)復(fù)合材料的親和力從而形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，由于其內(nèi)部含有MWCNTs作為熱源（通道）實(shí)現(xiàn)有效吸收（傳導(dǎo)），因此可確保其滿足電驅(qū)動的要求繼而產(chǎn)生焦耳熱，被用于植入式生物醫(yī)療設(shè)備材料。

5.3 紡織領(lǐng)域

對于紡織領(lǐng)域來講，隨著科技的發(fā)展，智能紡織領(lǐng)域經(jīng)歷了從消極智能紡織用品、積極紡織用品、高級紡織用品3次變革，即只能感知外界環(huán)境、對于感知的外界環(huán)境做出反應(yīng)、可以自我調(diào)節(jié)從而適應(yīng)外界環(huán)境。其中以電致形狀記憶材料應(yīng)用于紡織領(lǐng)域尤為明顯。

以紡織領(lǐng)域的新型技術(shù)——3D技術(shù)為例，Y T等［92］提出將碳纖維作為填充材料，通過使用溶劑澆鑄與單螺桿擠壓的工藝之后將材料擠壓用于3D技術(shù)當(dāng)中。此時(shí)測得7.0%碳纖維的復(fù)合材料具有9.17 S/m的電導(dǎo)率。由于具有良好的導(dǎo)電性能，因此就可以通過電子傳導(dǎo)從而可以消除靜電。在使用電子顯微鏡進(jìn)行微觀觀測，發(fā)現(xiàn)明顯的捕獲區(qū)域下復(fù)合材料分布均勻，此時(shí)的材料粘附適當(dāng)，均勻分布在頂層，同時(shí)在頂層進(jìn)行微觀檢查時(shí)，其材料分子也分布均勻。這就克服了3D技術(shù)常見的打印材料部分缺點(diǎn)。因此這種制備材料的3D打印技本當(dāng)廣泛推廣于紡織領(lǐng)域。圖12所示為電致形狀記憶復(fù)合材料應(yīng)用到紡織領(lǐng)域，從而在3D打印時(shí)可以將其用作打印材料。隨著智能可穿戴設(shè)備相關(guān)研究日益深入，基于3D技術(shù)的4D打印技術(shù)也被應(yīng)用于智能紡織領(lǐng)域，其中，Ke等［61］提出了種基于4D打印技術(shù)將導(dǎo)電絲與連續(xù)碳纖維結(jié)合的思路，從而制備出PLA/CNT/TPU復(fù)合材料。在進(jìn)行電導(dǎo)率測試時(shí)，該復(fù)合材料有快速電誘導(dǎo)的特性，即在l0 V電壓下25 s內(nèi)可實(shí)現(xiàn)94%的形狀恢復(fù)率。同時(shí)該材料較高的彈性模量，可將其應(yīng)用于智能紡織領(lǐng)域。

圖12 使用基于FDM技術(shù)的改進(jìn)型618多材料3D打印機(jī)制造連續(xù)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的示意圖［82］Fig.12 Schematic of fabricating continuous carbon fiber reinforced polymer composites with a modified 618 multi?material 3D printer based on FDM technology

5.4 電子半導(dǎo)體

對于電子半導(dǎo)體領(lǐng)域來說，選用高效的電子線路、采用算法復(fù)雜度較低的程序、適配恰當(dāng)?shù)牟牧隙既币徊豢伞Ｆ渲?，對于電子半?dǎo)體適配材料來說，PENG等［93］提出了一種用PCL與馬來酸酐接枝聚苯乙烯（SEBS）形成的形狀記憶共混物，通過熔融共混的技術(shù)對于不同含量的復(fù)合材料含量進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)其在1∶1的含量比下具有最高固定率與恢復(fù)率。特別的是加入MWCNTs之后，在20 V的電壓下將原來兩元材料（未加入MWCNTs）與三元材料（加入MWCNTs）相比，其恢復(fù)時(shí)間由20 s變?yōu)?2 s。在進(jìn)行手指彎曲實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于CNT可以與兩相復(fù)合物形成互連導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)無機(jī)CNT填充材料具有優(yōu)良運(yùn)動傳感性能，可應(yīng)用于傳感電子設(shè)備中。

隨著對于軟體機(jī)器人的關(guān)注度不斷加深，其中對于形成軟體機(jī)器人的材料也開始不斷研究，在要求進(jìn)行精細(xì)控制同時(shí)也要保證價(jià)格低廉。其中，Chen等［94］提出用MWCNTs與聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）復(fù)合制備雙軸取向的電致形狀記憶材料。當(dāng)電壓為60 V時(shí)，復(fù)合材料在電熱執(zhí)行器（ETA）下可進(jìn)行0.41 cm-1的運(yùn)動。相比于目前所開發(fā)的ETA大多為兩層結(jié)構(gòu)并且只能完成簡單的動作，該新型ETA可以做出模仿蠕蟲等特殊動作。同時(shí)Hui等［83］以MWCNTs為導(dǎo)電填充材料，以甲基丙烯酸化聚己內(nèi)酯（MPCL）為基體制成二元復(fù)合物，將其做成三角狀的執(zhí)行器可以隨著電壓變化在三角形與圓形之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)蠕蟲化運(yùn)動，特別的是在較低電壓下（75～150 V）可以實(shí)現(xiàn)高彎曲率，經(jīng)有限元分析發(fā)現(xiàn)其具有優(yōu)良的運(yùn)動性能，圖13所示為應(yīng)用到軟體機(jī)器人關(guān)節(jié)處的電致形狀記憶復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖。

圖13 基于可使用SMA致動器收縮的編織復(fù)合材料網(wǎng)絡(luò)制備的仿生軟章魚觸手示例［69］Fig.13 Example of a bioinspired soft octopus tentacle based on a braided polymeric network that can be constricted using SMA actuators

6 結(jié)語

在電致形狀記憶復(fù)合材料工作過程中，衡量導(dǎo)電復(fù)合材料與絕緣復(fù)合材料的唯一標(biāo)準(zhǔn)是聯(lián)系最密切的滲流閾值大小。但在不同的復(fù)合材料基體中復(fù)合導(dǎo)電填充材料時(shí)，因制備方式以及材料體系的不同導(dǎo)致滲透閾值的范圍不同，從而應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，電致形狀記憶復(fù)合材料的進(jìn)一步研究及應(yīng)用可從以下幾個(gè)方面開展：

（1）導(dǎo)電的納米填料可以顯著降低復(fù)合材料基質(zhì)的電阻率，賦予形狀記憶復(fù)合材料基體經(jīng)電刺激響應(yīng)呈現(xiàn)電致形狀記憶性能。但當(dāng)提高形狀記憶復(fù)合材料中導(dǎo)電填料的摻量時(shí)，由于基體與導(dǎo)電填料之間存在較大的作用力，形狀記憶復(fù)合材料的黏度會增大，導(dǎo)致填料難以均勻分散，阻礙了填料導(dǎo)電特性向復(fù)合材料基體的有效傳遞，對其形狀記憶特性產(chǎn)生不利影響，因此如何選擇適合不同應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)合材料基體材料以及填料的質(zhì)量比是電致形狀記憶復(fù)合材料研究的關(guān)鍵。

（2）目前研究廣泛的制備方法?物理共混法以及冷凍干燥法，可以得到大部分具有優(yōu)良物理性能的電致形狀記憶復(fù)合材料，但是在工業(yè)化生產(chǎn)過程中，冷凍干燥法的應(yīng)用并不常見，因此在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下如何采用其他方法來替代冷凍干燥法，進(jìn)而獲得物理性能類似的復(fù)合材料從而可以用于工業(yè)化生產(chǎn)也是未來研究發(fā)展的趨勢。

（3）在對目前所研究的電致形狀記憶復(fù)合材料進(jìn)行導(dǎo)電性能分析時(shí)，對于“滲流閾值”的閾值點(diǎn)的確定一般都是試驗(yàn)探索，即使是相同基體與相同填充材料形成的聚合物，選用不同的制備方式，其表現(xiàn)的閾值點(diǎn)也有區(qū)別。另外部分電致形狀記憶復(fù)合材料不遵循“滲流理論”，但是卻顯示出優(yōu)良的導(dǎo)電特性，有關(guān)材料制備方法與材料“滲流閾值”的關(guān)系有待進(jìn)一步深入研究。