功能高分子05第5章智能高分子材料ppt课件.ppt

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1、功能高分子第5章智能高分子材料第5章智能高分子材料§5.1智能型高分子凝胶§5.2形状记忆型高分子材料作业生物体是一个高度自组装的智能材料系统，具有传感、处理和执行功能。1989年提出智能材料概念。intelligentmaterial智能材料——可以感知外部刺激(传感功能)，通过自我判断和自我结论(处理功能)，实现自我指令和自我执行(执行功能)的材料。智能材料——对于外界环境的物理或化学刺激，自身的某些物理、化学性质发生相应突变的材料。又称“机敏材料”。smartmaterial智能材料属于仿生材

2、料。智能材料智能金属材料智能无机非金属材料智能高分子材料智能高分子材料intelligentpolymer——对于外界环境的物理或化学刺激，自身的某些物理、化学性质发生相应突变的高分子材料。生物组织——天然高分子凝胶如海参、肌肉组织刺激响应性智能高分子凝胶——“软湿”材料§5.1智能型高分子凝胶高分子凝胶——是指三维网络结构的高分子化合物与溶剂组成的体系。可以溶胀，但不溶解。水凝胶绝大多数天然凝胶，许多合成凝胶有机凝胶化学凝胶物理凝胶智能型高分子凝胶的结构特点：①三维高分子网络与溶剂组成的体系；②高

3、分子主链或侧链上含有离子化基团、极性和疏水性基团。类似生物体高分子凝胶的形成？智能型高分子凝胶的性能特点：体积相转变——溶液中凝胶的平衡溶胀体积随外界环境(pH、离子强度、温度、电场等)的微小变化产生不连续变化的现象。体积相转变是凝胶态物质的普遍现象。体积相转变(收缩和膨胀)的本质——是网络中高分子链的构象变化。内因：范德华力、氢键、疏水作用及静电作用力本质：是网络中高分子链的构象变化。智能高分子凝胶的体积相转变溶胀相收缩相外界环境的变化体积不连续变化智能高分子凝胶的刺激响应性——智能化的表现刺激响

4、应物理刺激温度光压力电场化学刺激pH生化盐化学、相分离、体积、形状、表面、渗透性、机械强度光、电智能高分子凝胶的分类温敏性凝胶★PH响应性凝胶★电场响应性凝胶★化学物质响应性凝胶★光响应性凝胶★磁场响应性凝胶★温敏性凝胶温敏性凝胶——是其体积随温度变化的高分子凝胶。高温收缩性凝胶聚异丙基丙烯酰胺低温收缩性凝胶聚丙烯酸和聚N,N-二甲基丙烯酰胺聚丙烯酸和聚N,N-二甲基丙烯酰胺形成互穿网络凝胶低温时(T﹤60℃)，凝胶网络内形成氢键，体积收缩，高温时(T﹥60℃)，氢键解离，凝胶溶胀。聚异丙基丙烯酰胺

5、存在低临界溶解温度LCSTT﹤LCST(32℃)在水溶液中溶胀T﹥LCST(32℃)凝胶发生急剧的脱水合作用原因：水分子与聚异丙基丙烯酰胺上氨基间氢键的形成和解离。采用不同的化学物质与异丙基丙烯酰胺共聚可以调整其LCST。聚异丙基丙烯酰胺及其共聚物凝胶可望用于驱动元件、智能药物释放载体、分子构象记忆元件等。PH响应性凝胶PH响应性凝胶——是其体积能随环境的PH值变化而变化的高分子凝胶。PH响应性凝胶大分子网络中具有可解离的基团，其网络结构和电荷密度随PH值变化而变化，并对凝胶网络的渗透压产生影响，导

6、致其体积发生不连续变化。电场响应性凝胶电场响应性凝胶一般由分子链上带有可电离化基团的交联聚电解质网络构成，其溶胀和脱溶胀易受电场和电流的影响。大部分高分子凝胶的网络都带有电荷，在直流电场的作用下均可发生凝胶的电收缩现象。化学物质响应性凝胶化学物质响应性凝胶是指其体积因特定物质的刺激而发生突变的凝胶。如葡萄糖氧化酶固定在聚丙烯酸酯/聚异丙基丙烯酰胺凝胶上，当遇到葡萄糖时氧化成葡萄糖酸，使PH值降低，凝胶中聚丙烯酸酯的电离度随之减小，体积收缩。利用这一现象可通过凝胶的溶胀与收缩调控药物释放的通与断。原理

7、：PVA凝胶与硼酸聚合物可以产生可逆的键合形成配合物，当葡萄糖分子渗入后，PVA凝胶与硼酸聚合物间的键合被葡萄糖所取代，大分子间的键合解离，溶胀度增大。以此配合物作为胰岛素的载体，可形成胰岛素释放微囊。葡萄糖响应高分子凝胶配合物形成的胰岛素释放微囊11月11日，荷兰飞利浦电子公司称他们公司发明了一种堪称“聪明”的胶囊——“i胶囊”，“i胶囊”内安装有一个微型处理器和一个控制施药量的微型泵，病人只需像吞服普通胶囊一样把它吃下，它就可以通过感应消化道内不同部分的酸碱度确定施药部位，并根据预置程序向患处释

8、放适量药物。光敏感性凝胶光敏感性凝胶——是由于光辐射而发生体积相转变的凝胶。如紫外光辐射时，凝胶网络中的光敏感基团发生光异构化、光解离等反应，导致基团构象和偶极距变化，使凝胶溶胀。可应用于光能-机械能的执行元件。磁场响应性凝胶——包埋有磁性粒子的高吸水性凝胶。这类凝胶可用于光开关和图像显示板等。如用不同的方法将磁性粒子预埋在凝胶中，当凝胶置于磁场时，铁磁材料被加热而使凝胶的局部温度上升，导致凝胶溶胀或收缩；撤掉磁场，凝胶恢复原来大小。利用这种体系可得到控释药物，还能用