科学技术前沿

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1、河南女摩科学技术基础与前沿课程作业姓名李亚捷学号104753140758年级专业2014届光学工程导师姓名郭立俊教授论文题目光响应高分子凝胶的研究与进展光响应高分子凝胶的研究与进展摘要光响应高分子凝胶是智能高分子凝股中的一种，近年来备受世界各国科学家的重视。综述了近年来光响应智能高分子凝胶材料的最新研究进展，具体介绍了光响应高分子凝肢的光响应机理、种类及目前的应用研究状况，并展望了其未来的应用研究与发展。关键词髙分子凝胶光响应机理高分子凝胶是髙分子链之间以化学键或物理作用力形成的交联结构的溶胀体，是由溶剂和高分子网络所组成的复合体系。高分子凝胶属于一种智

2、能型高分子材料,能因环境的变化（如温度、PH、光、电场、磁场、压力等）而发生体积相转变，产生响应性"⑷。光响应高分子凝胶作为髙分子凝胶中的一类，也是近年来光感应高分子材料中的又一新兴分支，是一类在光作用下能迅速发生化学或物理变化而作出响应的智能型高分子材料。通常情况下，光响应高分子凝胶是由于光辐射〈光刺激〉而发生体积相转变。如在紫外光辐射时，凝胶网络中的光敏感基团发生光异构化、光解离，因基团构象和偶极距的变化可使凝胶发生溶胀［51o近年来人们对温度敏感性凝胶、PH敏感性凝胶、电场敏感性凝胶等的研究较热，并且也取得了极大的研究成果，但对光响应性高分子凝胶的

3、研究却鲜有文献报导，本文主要综述该领域近年来的研究状况。1光响应高分子凝胶的响应机理光响应髙分子凝胶的最大特点是响应过程具有可逆性，离开光的作用凝胶会恢复到原来的状态。有关光响应髙分子凝胶的响应机理，目前正处于研究阶段，已经形成较为完善理论体系的有以下几种。1.1将感光性化合物添加入高分子凝胶中凝胶材料中含有感光性物质，感光物质吸收光能后导致材料温度、电场等环境因素发生改变，进而对某一环境因素作出响应性。常用的感光性化合物有叶绿酸、重辂酸盐类、芳香族叠氮化合物与重氮化合物、芳香族硝基化合物和有机卤素化合物等。(1)在热敏型凝胶材料中引入特殊的感光化合物。

4、在外界光刺激下，感光性化合物可将光能转化为热能，致使材料内部的温度局部升高。当凝胶内部温度变化达到相转变温度时，凝胶就会作出相应的响应。Suzuki和Tanaka就是按此机理合成了聚异丙基丙烯酰胺(PNIPA)与叶绿酸(Chlorophyllin)的共聚凝胶。凝胶中叶绿酸为吸光产热分子，PNIPA则是一种热敏型凝胶材料。实验表明，当温度控制在PNIPA相转变温度附近(31.5。C)时，随着光强的连续变化，可使凝胶在某光强处产生不连续的体积变化⑺。（2）在凝胶材料中引人感光化合物，利用其遇光分解产生离子化作用来实现响应性。在光的刺激下，光敏分子内部产生大量

5、离子，高分子凝胶中的离子进人凝胶的内部使凝胶中的渗透压发生突变，外界溶液会向凝胶内部扩散，促使凝胶发生溶胀形变，作出光响应。例如，Mamada和Tanaka将bis[4-(dimethy-lamino)phenyl](4-vinylphenyl)methylleucocyamide的紫外线敏感分子引人到PAIPA凝胶中。当无紫外线照射时，凝胶随温度升高，体积连续地缩小；用紫外线照射时，凝胶中发生离子反应,形成大量离子，对凝胶溶胀产生影响，出现不连续的体积变化⑻。2在离分子的主链或侧链引入感光基团凝胶分子链上含有感光基团后，感光基团一且吸收了光，在相应波长

6、光能作用下就会引起电子跃迁而成为激发态。处于激发态的分子通过分子内或分子间的能量转移发生异构化作用，引起分子构型的变化，促使材料内部发生某些物理或化学性质的改变，进而产生一定的响应性。引入的感光基团种类很多，主要有:光二聚型感光基团（如肉桂酸酯基〉、重氮或叠氮感光基团（如邻偶氮酿磺酰基〉、丙烯酸酯基团以及其他具有特种功能的感光基团（如具有光色性、光催化性和光导电性基团等）。如偶氮苯及其衍生物就是一类典型的光致异构分子，具有良好的环境稳定性和容易与聚合物键合等优点。它在光照下会发生可逆顺■反异构，改变大分子链间的距离从而使凝胶表现出膨胀•收缩。如图1所示，

7、反式的偶氮苯在吸收紫外光后变成顺式偶氮苯，顺式偶氮苯在可视光的照射下又可以回到反式结构。图1偶氮苯型聚合物的光致互变异构反应在这一过程中偶氮苯分子结构从棒状变成“V”字型，分子尺寸发生很大的变化。陈莉等用对氨基偶氮苯和丙烯酰氧合成了侧链上含有偶氮苯基的单体,并用此单体与丙烯酸(AA)共聚制备了一种新型的PH和光响应性髙分子及其共聚凝胶。结果表明，共聚高分子显示出较好的PH和光响应性,且响应性随共聚比例不同而改变。这种双重响应性分别与共聚高分子结构中的竣基解离和偶氮苯基发生顺-反异构有关⑷O1.3由多种组分构成的光响应体系有些高分子凝胶体系中可同时含有多种

8、对不同环境响应因素有响应性的组分，在光的作用下，各种组分协同作用,使材料在宏观上