聚合物-無機(jī)復(fù)合智能水凝膠及其器件的研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、近年來,聚合物/無機(jī)納米復(fù)合水凝膠器件的發(fā)展越來越受到人們的關(guān)注,已報(bào)導(dǎo)的有細(xì)胞支架、自折疊薄膜、仿生驅(qū)動器件等。并且隨著研究的深入,研究者們對凝膠器件的設(shè)計(jì)方案提出更高的性能要求,如凝膠響應(yīng)形變的可控化與復(fù)雜化和刺激驅(qū)動運(yùn)動可控化與多樣化等。
  本論文以設(shè)計(jì)更復(fù)雜響應(yīng)形變水凝膠和可控驅(qū)動運(yùn)動凝膠器件為主要研究目的,做了如下研究內(nèi)容:
  (1)、以粘土(Laponite RDS)為物理交聯(lián)劑,選用N,N-二甲基丙烯酰胺(

2、DMAAm)、丙烯酸-2-甲氧基乙酯(MEA)和N-異丙基丙烯酰胺(NIPAAm),通過原位聚合方法,制備RDS/P(DMAAm-co-MEA)水凝膠(S-MD凝膠)和RDS/PNIPAAm水凝膠(S-N凝膠)兩種復(fù)合凝膠基體,考察其溶脹性能和消溶脹性能,發(fā)現(xiàn)控制各單體含量和RDS的含量均可調(diào)節(jié)凝膠的溶脹曲線和刺激響應(yīng)消溶脹曲線,最終選取綜合性能最佳的S2N10和S2MD30作為復(fù)合水凝膠基體。通過在基體凝膠預(yù)聚液中,引入MNP,并施加

3、不同的磁場,構(gòu)筑不同MNP螺旋梯度,制備出RD S/NIPAAm/MNP(S-N-MNP水凝膠)和RDS/P(DMAAm-co-MEA)/MNP(S-MD-MNP水凝膠)兩種納米復(fù)合水凝膠。經(jīng)研究分析,MNP的引入并未對凝膠的力學(xué)性能產(chǎn)生負(fù)面影響,在磁場作用下,凝膠中MNP形成由幾十納米至幾十微米不等的呈梯度分布的團(tuán)聚體,且MNP的濃度梯度,可影響凝膠響應(yīng)過程中的形態(tài)變化,使凝膠實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的螺旋響應(yīng)形變,達(dá)到響應(yīng)形變預(yù)編化的目的。

4、>  (2)、在無水乙醇中自由基聚合,制備一系列具有結(jié)晶-熔融相轉(zhuǎn)變的丙烯酸長鏈烷基酯和甲基丙烯酸(MA)共聚凝膠,經(jīng)溫敏-密度曲線和DSC曲線分析,發(fā)現(xiàn)各共聚凝膠在結(jié)晶-熔融轉(zhuǎn)變過程中出現(xiàn)明顯的密度突變和滯后環(huán),且烷基側(cè)鏈的長度越長,轉(zhuǎn)變溫度越高,而MA含量越高,凝膠密度越大。經(jīng)綜合考慮,選取丙烯酸十八酯(SA)和MA共聚凝膠(S-M水凝膠),作為復(fù)合水凝膠的基體。通過將氧化石墨烯(GO)乙醇溶液為聚合反應(yīng)介質(zhì),原位聚合,制備S-M-

5、GO水凝膠,再原位還原GO,制備出S-M-G系列水凝膠。經(jīng)溫度-密度曲線、DSC曲線和TEM等表征測試,發(fā)現(xiàn)r-GO在凝膠中分散良好,使凝膠具有光熱響應(yīng)性能,實(shí)現(xiàn)凝膠局部的結(jié)晶-熔融相轉(zhuǎn)變。通過組裝或設(shè)計(jì)S-M-G水凝膠器件凝膠的外形和局部紅外光照射,使器件在水中實(shí)現(xiàn)實(shí)時可控沉浮、滾動、翻轉(zhuǎn)、“雙足行走”等運(yùn)動。
  (3)、通過溶液聚合法和膠束聚合法制備S-M凝膠,初步嘗試在S-M凝膠網(wǎng)絡(luò)中原位生成黑色的鉑納米粒子,制備了可光致

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