综述：变革性4D打印形状记忆聚合物在柔性电子与自适应结构中的应用：创新与实践洞察

这篇综述系统阐述了4D打印技术（4DP）与形状记忆聚合物（SMP）在柔性电子（如电子皮肤、可穿戴设备）和自适应结构（如软体机器人、生物医学支架）中的前沿应用，重点探讨了多材料集成、刺激响应机制（温度/光/磁/电）、自修复性能及人工智能（AI）驱动的制造优化策略，为智能材料从实验室走向产业化提供了创新思路。

　　

2.1 4D打印技术

4D打印（4DP）通过引入时间维度，使3D打印的SMP结构能在外部刺激（温度、光、磁场等）下发生可控形变。其核心公式4D = 3D + stim(t)中，stim(t)代表温度（T）、磁场（B）、湿度（H）等刺激信号。该技术已实现单向、双向甚至多级形状记忆效应（SME），例如聚己内酯（PCL）/热塑性聚氨酯（TPU）复合材料在热刺激下展现98%的形状恢复率，而磁性Fe₃O₄掺杂体系可通过近红外光（NIR）触发快速响应（6秒内完成形变）。

2.1.1 SMP材料类型

SMP分为热塑性与热固性两类：低熔点材料如TPU、聚乳酸（PLA）适用于可穿戴电子（T_g <100°C），而高性能聚醚醚酮（PEEK）和聚酰胺（PA）则用于航空航天（T_g >100°C）。动态共价键（如Diels-Alder反应）赋予材料自修复能力，如聚氨酯（PU）在150°C下30分钟实现92%修复效率。

4.2 形状记忆行为机制

SMP的形变-恢复性能通过形状固定率（R_f）和恢复率（R_r）量化。例如，环氧/丙烯酸酯杂化材料经DLP打印后，R_f达95.8%，R_r达99.6%，且可循环11次无衰减。MXene/PLA复合材料则通过焦耳热实现电驱动形变，为软体机器人提供精准控制。

7.1 二维材料增强

石墨烯、MXene等二维材料的引入显著提升SMP的导电性与机械强度。例如，石墨烯连续碳纤维增强的SMP复合材料弯曲强度达676.99 MPa，而MXene/TPU体系在0.5 wt.%负载下即实现快速磁响应。

11.5 可持续生物基SMP

生物衍生材料（如纤维素纳米纤维CNF）与合成聚合物结合，推动绿色制造。例如，香蕉皮/ABS复合材料展现热致形变特性，而Fe₃O₄/生物活性玻璃支架通过磁控降解应用于骨组织工程。

11.9 AI驱动的智能优化

机器学习（ML）模型（如卷积神经网络CNN）可实时监测打印缺陷，准确率达94%。深度强化学习（DRL）优化了多材料DIW工艺参数，将形状恢复预测误差降至1.39%。

全文通过跨学科视角，揭示了4D打印SMP在柔性电子与自适应结构中的巨大潜力，同时指出规模化生产、环境稳定性及多刺激协同响应等未来挑战。