智能高分子材料-20.ppt

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1、第九章功能高分子智能高分子材料定义：智能材料(IntelligentMaterial或smartMaterial)：指具有感知环境刺激，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应的智能特征的材料。一、简介1、概述构思：源于仿生；目标：获得类似人的各种功能的“活”的材料，使材料系统微结构中集成智能与生命特征，达到减小质量，降低能耗，并产生自适应功能。一、简介1、概述智能性体现:具有感知功能：能够检测并识别周围环境的变化，如应力、应变、热、光、电、磁及核辐射等;具有驱动特性及响应环境变化功能;1、概述智能

2、性体现:能以设定的方式选择和控制响应;反应灵敏恰当;在刺激消除后能够迅速恢复到原始状态。1、概述凝胶材料形状记忆高分子材料1、概述海参没有骨骼等硬的构造，其大部分都由水及凝胶材料组成；2、凝胶材料利用人工合成的高分子凝胶来模拟海参类的生物组织。凝胶是由液体与高分子网络所组成的三维网络结构，其大分子主链或侧链上含有离子解离性、极性或疏水性基团，对溶剂组分、温度、pH值、盐浓度、光和电场等环境变化能产生一定的响应，发生可逆的不连续的体积变化。2、智能凝胶材料一、简介：由于液体与高分子网络的亲和性，液体被高分子网络封闭

3、在里面，失去了流动性，因此凝胶会象固体一样显示出一定的形状。2、凝胶材料一、简介：由于凝胶材料中含有液体，不像固体那样维持其形状，因此，凝胶材料也曾被称为“湿材料”或者“软材料”。2、凝胶材料一、简介：二、高分子水凝胶的制备聚合物成为高分子凝胶材料必须具备两个条件：高分子主链或侧链上带有大量的亲水基团，并具有适当的交联网络结构。2、凝胶材料二、高分子水凝胶的制备制备方法：单体的交联聚合、接枝聚合和水溶性高分子的交联等，其中单体交联是目前制备高分子凝胶的最主要方法。起始原料：可以是单体、聚合物、或者是单体和聚合物的

4、混合物。单体交联聚合单体交联聚合：在交联剂存在的情况下，单体经自由基均聚或共聚而制得高分子凝胶的方法。在聚合反应过程中，可以通过加入或改变引发剂、鳌合剂、链转移剂等来控制聚合动力学，以及所得高分子凝胶的性质。二、高分子水凝胶的制备制备高分子凝胶的单体：主要有丙烯酸系列、丙烯酰胺系列和醋酸乙烯酯等，聚合反应可以借助引发剂引发和辐射引发完成，交联剂最主要的是利用交联剂来完成，如双乙烯基交联剂。单体交联聚合二、高分子水凝胶的制备三、溶胀行为与作用机理在凝胶的溶胀过程中：溶剂试图渗入高聚物网络内使其体积膨胀，交联聚合物体

5、积膨胀，导致网络分子链向三度空间伸展，使分子网络受到应力产生弹性收缩，当两种相反的倾向相抗衡时，达到了溶胀平衡。2、凝胶材料四、高分子凝胶的刺激响应性1、物理刺激响应性（1）温度响应性温敏水凝胶：分子中有一定比例的亲水和疏水基团，温度的变化可以影响这些基团的亲疏水作用以及氢键作用，从而使凝胶的网络结构改变，导致发生体积相转变的一类凝胶。四、高分子凝胶的刺激响应性1、物理刺激响应性（1）温度响应性温敏水凝胶发生体积相变的温度称为临界相变温度(LCST)：低于LCST，温敏凝胶在水溶液中溶胀，随着温度升高，达到LCS

6、T时，凝胶发生体积相变而收缩。四、高分子凝胶的刺激响应性1、物理刺激响应性（1）温度响应性温敏水凝胶溶胀和收缩时的体积比为溶胀比q，凝胶的LCST和q是决定其应用的关键因素，也是设计温敏凝胶的主要参数。典型的热致收缩型水凝胶---PNIPAM20度45度(2)电场响应性田中丰一研究组在1983年首次报道了凝胶对电场的响应：在电场刺激下，凝胶产生溶胀和收缩并将电能转换机械能。科学家们将凝胶视作人工肌肉的候选材料，希望能在机器人驱动元件或假肢方面得到应用。1、物理刺激响应性凝胶响应磁场而溶胀和收缩的研究工作始于美国M

7、IT研究组。他们将磁铁“种植”在凝胶内，当施加磁场时铁磁体发热，使周围凝胶温度升高诱发溶胀或收缩，去除磁场后，凝胶冷却恢复至原来的尺寸。(3)磁场响应性1、物理刺激响应性四、高分子凝胶的刺激响应性光响应材料设计涉及到将能产生光化学反应的发光基团引入高分子材料中。此类材料在光记录介质、化学传感器和非线性光学材料方面应用前景良好。（4）光响应性1、物理刺激响应性四、高分子凝胶的刺激响应性2、化学刺激响应性（1）pH响应性通过线形聚合物之间交联或互穿而形成的体型大分子网络结构；网络中含有可离子化的酸性或碱性基团，随着介

8、质pH值、离子强度的改变，这些基团会发生电离，导致网络内大分子链段间氢键的解离，产生不连续的溶胀体积变化。四、高分子凝胶的刺激响应性（2）分子识别型刺激响应性蛋白质可记忆和复制独特的构象，以难以置信的特异性识别外界的分子，并以极高的效率催化化学反应。2、化学刺激响应性（2）分子识别型刺激响应性模仿生物体系的分子识别功能，并将此类功能引入高分子材料乃是一个诱人的研究方向，但