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1、智能高分子材料的最新研究进展TangJamfun20070810080**** （华东交通大学基础科学学院2007级高分子材料与工程南昌江西330013）摘要：本文对一些有代表性的智能高分子材料在各个领域的研究及应用进展作了简单的综述并展望了其发展前景。关键词：智能高分子智能材料最新进展 1引言1.1智能材料概念1989年日本高木俊宜教授将信息科学融于材料物性和功能，提出了智能材料(IntelligentMaterials)概念。智能材料是指对环境具有可感知、可响应，并具有功能发现能力的新材料。1.2智能材料的构思智能材料的概念设计可以从以下观点构思：(1)材料开发的历史。由
2、结构材料，功能材料进而到智能材料；(2)人工智能在材料的水平反映一生物计算机的未来模式；(3)从材料设计的立场制造智能材料；(4)软件功能引入材料；(5)人们对材料的期望；(6)能量传递；(7)材料具有时间轴，要求材料有寿命预告，自修复、自分解，甚至自学习，自繁殖、自净化功能和对外部刺激时间轴积极自变的动态功能。1.3智能材料的分类【表】表1 智能材料的分类分类方法 智能材料种类按材料的种类金属类智能材料;非金属类智能材料;高分子类智能材料;智能复合材料按材料的来源天然智能材料;合成智能材料按材料的应用领域建筑用智能材料:工业用智能材料;军用智能材料;医用智能材料;航天用智能
3、材料按材料的功能半导体;压电体;电致流变体按电子结构和化学健金属;陶瓷;聚合物;复合材料2 智能高分子材料的研究进展2.1 智能高分子凝胶刺激响应性高分子凝胶是其结构、物理性质、化学性质可以随外界环境改变而变化的凝胶。当受到环境刺激时这种凝胶就会随之响应,发生突变,呈现相转变行为。这种响应体现了凝胶的智能性。根据所受的刺激信号不同,可以将高分子凝胶分为不同类型的刺激响应性凝胶。智能高分子凝胶主要有pH性凝胶,化学物质影响性凝胶,温敏性凝胶,光敏性凝胶,磁场响应性凝胶,影响内部刺激性凝胶。2.1.1 pH性凝胶Nishi等曾研究了一系列这类聚合物水凝胶,如轻度交联的甲基丙烯酸甲酯
4、(MMA)、甲基丙烯酸N,N-二甲基胺乙酯(DMA)的共聚物。姚康德等对聚[(环氧乙烷-共-环氧丙烷)-星型嵌段-丙烯酰胺/交联聚丙烯酸互穿网络凝胶(P(EG-co-PG)-Sb-AAM/Cr-PAA)进行了研究。由于星型嵌段共聚物(P(EG-co-PG)-Sb-AAM)和交联聚丙烯酸(Cr-PAA)之间有配合物形成和解离,使得高pH条件下该水凝胶的溶胀度和溶胀速率(曲线斜率)大于低pH或高离子强度(I)的水凝胶。以甲壳素和壳聚糖为基础的智能水凝胶的溶胀随pH的变化则与上述例子相反。利用戊二醛使壳聚糖(CS)上的氨基交联,再和聚丙二醇聚醚(PE)形成半互穿聚合物网络。由于网络中
5、氢键的形成和解离,从而使此凝胶网络的溶胀行为对pH敏感。其溶胀度可由壳聚糖乙酸溶液浓度、交联密度及网络组成等反应参数来控制。2.1.2 化学物质影响性凝胶化学物质影响性凝胶的溶胀行为会因特定化学物质(如糖类)的刺激而发生突变。如对血糖浓度响应的胰岛素释放体系。2.1.3 温敏性凝胶这类凝胶大分子链的构像能响应温度(刺激)而变化。温敏性凝胶分为高温收缩型凝胶和低温收缩型凝胶。在低温(高温)时,凝胶在水中溶胀,大分子链因水合而伸展,当温度升至(降至)一定温度时,凝胶发生了急剧的脱水合作用,由于疏水性基团的相互吸引作用,大分子链聚集而收缩。Kim等研究了一系列交联聚丙烯酰胺类水凝胶聚
6、合物与水之间相互作用参数与温度的关系。2.1.4 光敏性凝胶它是光辐照(光刺激)时发生体积相转变的凝胶。将光敏性分子引到聚合物分子链上,可得到光刺激响应聚合物凝胶。在有紫外光和无紫外光的照射下有不同的表现。光响应凝胶能反复进行溶胀—收缩,可用作光能转变为机械能的执行元件和流量控制阀等。2.1.4 光敏性凝胶它是光辐照(光刺激)时发生体积相转变的凝胶。将光敏性分子引到聚合物分子链上,可得到光刺激响应聚合物凝胶。在有紫外光和无紫外光的照射下有不同的表现。光响应凝胶能反复进行溶胀—收缩,可用作光能转变为机械能的执行元件和流量控制阀等。2.1.5 磁场响应性凝胶包埋有磁性微粒子的高吸水
7、性凝胶称为磁场响应性凝胶。当把铁磁性“种子”材料预埋在凝胶中并置于磁场时,铁磁材料被加热而使凝胶的局部温度上升,导致凝胶膨胀或收缩,撤掉磁场,凝胶冷却恢复至原来大小。铁磁可采用不同的方法包埋。一种是将微细镍针状结晶置于预先形成的凝胶中。另一种是以聚乙烯醇涂着微米级镍薄片,与单体溶液混合后再聚合成凝胶。这两种方法可用于植入型药物释放体系,由电源和线圈构成的手表大小的装置产生磁场,使凝胶收缩而释放一定剂量的药物。采用这类方法能制备人工肌肉型驱动器。2.1.6 影响内部刺激性凝胶吉田亮等将异丙基丙
