Polimery z pamięcią kształtu (ang. Shape Memory Polymers, SMP) to materiały, które potrafią „zapamiętać” swój pierwotny kształt i powrócić do tego kształtu, gdy zostanie zastosowany jakiś bodziec. Zalicza się je do grupy tzw. "materiałów inteligentnych".
W porównaniu do stopów z pamięcią kształtu, polimery z pamięcią kształtu są znacznie lżejsze, wytrzymują duże odkształcenia, które są odwracalne oraz są tańsze. Polimery z pamięcią kształtu są łatwe w przetwarzaniu, można je wielokrotnie programować oraz kontrolować czas reakcji na bodźce [1].
Powrót do pierwotnego kształtu może być wyzwalany przez różne bodźce. Jak dotąd osiągnięto to za pomocą [1], [2]:

• ciepła;
• światła;
• naświetlania światłem podczerwonym;
• zanurzenia w wodzie;
• stosowania pól elektrycznych lub magnetycznych.

Największą grupę polimerów inteligentnych stanowią polimery z termiczną pamięcią kształtu. Właściwości adaptacyjne tych polimerów ujawniają się pod wpływem zmian temperatury.
Polimery z pamięcią kształtu mogą być rozciągane elastycznie i chłodzone, dzięki temu krystalizacja lub tworzenie fazy szklistej utrwala polimer w nierównowagowy tymczasowy kształt. Przez podgrzanie polimeru powyżej temperatury zeszklenia \( T_g \) lub topnienia, zmagazynowana energia sprężysta jest uwalniana i polimer powraca do kształtu pierwotnego. Po schłodzeniu do dostatecznie niskiej temperatury prawie wszystkie elastomery wykazują pamięć kształtu Rys. 1.

Jednak SMP można zaprojektować tak, aby dobierając odpowiednią temperaturę panować nad trwałością czy przywracaniem kształtu.
Kluczem do otrzymania takich polimerów jest kontrolowanie krystalizacji, która zachodzi gdy polimer jest chłodzony lub rozciągany. Gdy materiał jest odkształcony, łańcuchy polimeru są lokalnie rozciągane, a segmenty polimeru układają się w tym samym kierunku w małych obszarach lub domenach zwanych krystalitami. Domeny te utrwalają tymczasowy zdeformowany kształt polimeru. Wraz ze wzrostem liczby krystalitów, kształt polimeru staje się coraz bardziej stabilny, co utrudnia powrót polimeru do pierwotnego kształtu. Jeśli powtórnie podgrzejemy polimer do temperatury wyższej niż T_g to polimer wróci do pierwotnego kształtu. Taki polimer zbudowany jest więc, z co najmniej dwóch faz, jednej sztywnej z wysoką temperaturą przemiany i drugą odpowiedzialną za odzyskiwanie kształtu – może to być faza szklista lub krystaliczna [1], [2], [3].

Przykład 1: Polimer z termiczną pamięcią kształtu

Elastomery można ciągnąć na zimno, aby uzyskać kilkaset procent odkształcenia, a po podgrzaniu obserwuje się prawie całkowite przywrócenie kształtu.

Film przedstawia przykład polimeru, który jest jak gumka, która po rozciągnięciu może zablokować się w nowym kształcie. Po podgrzaniu do temperatury ludzkiego ciała wraca to kształtu pierwotnego.

Źródło: University of Rochester, Shape Memory Polymers: Plastic with a Brain, and Some Muscle, 09.02.2016 (dostęp 14.12.2020). Dostępne w YouTube: https://youtu.be/50zu5HSdlLc.

Polimery, które są wykorzystywane jako polimery z pamięcią kształtu to głównie elastomery termoplastyczne.

Zastosowanie polimerów z pamięcią kształtu
Polimery z pamięcią kształtu znalazły zastosowanie w wielu dziedzinach [1], [4], [5], [6]:

• w budownictwie – pianka, która rozszerza się pod wpływem ciepła uszczelniając ramy okienne;
• produkcja odzieży sportowej, która w podwyższonej temperaturze staje się porowata, co umożliwia transport ciepła i wilgoci;
• do produkcji siatek fotonicznych;
• stenty sercowo-naczyniowe wykonane z SMP umożliwiają wprowadzenie małego stentu wzdłuż żyły lub tętnicy, a następnie rozszerzenie go do pożądanej średnicy;
• do produkcji szwów chirurgicznych.