高分子智能材料

智能聚合物材料目前，在新材料领域，正在形成一门新的分支学科高分子智能材料，又称智能材料。高分子智能材料通过有机合成使无生命的有机材料似乎具有“感觉”和“感知”。这种材料已经在实践中得到应用，并正在成为各国科技工作者的一个崭新的研究课题。预计这些材料将在不久的将来进入我们的生活。几千年来，人们建造了类似动物贝壳的建筑。天花板和墙壁是气密的，将建筑物的内外隔开。科学家们正在开发一种新型建筑材料，它可以自行调节温度和光线。这种产品叫做“云胶”。它的成分是水和聚合物的混合物。这种聚合物的一部分是油性的。在低温下，这种油性成分以冷冻的方式在这种聚合物纤维周围聚集水分子，就像“一个冰袋”。这种绳状聚合物呈线状排列，透明，能透射90%的光。当它被加热时，这种物质和聚合物分子就像“沸水中的面条”一样滚动，并丢弃它们的冰状“冰皮”，让聚合物纤维聚在一起。此时，“云凝胶”从透明变为白色，阻挡了90%的光线。在大多数情况下，这种转变可以在两到三度的温差范围内完成，并且是可逆的。如果一个建筑有这样的“表皮”，它就能适应周围的环境。当天气寒冷时，它变得透明，让阳光进来。当天气温暖，阳光必须被阻挡时，它就会变成半透明的。当阳光从天空的一端移动到另一端时，带有云胶的天窗可以提供相对恒定的光量。填充云胶的多层玻璃不仅可以用作天花板，还可以用作墙壁。德国著名的化学公司Comtesse BASF正在开发一种智能塑料，可以根据人们的需要硬化和软化。名为“施密特”的塑料是由该公司的工程师舒勒发明的。他将一种乳白色的液体倒入烧杯中，并用金属棒搅拌。液体逐渐变稠，最后变成一个硬块，然后在瞬间变成液体。如果金属杆被迅速从液体中拉出，液体会像胶水一样拉动金属杆，只有当金属杆被非常缓慢地提起时，金属杆才能被拉出。根据舒勒的说法，这种现象背后的原理是，塑料的溶剂是水，它的微小颗粒排列时是液体，受到干扰时是固体。因此，人们可以通过各种外部因素来改变其物理状态。这种塑料可以自行消除外部冲击，特别适用于汽车保险杠。由这种塑料制成的油箱即使被油箱挤压也不会破裂。)用于房屋建筑时，具有极强的抗震性能。如果在桥梁钢架上覆盖一层由这种塑料制成的储存防锈剂的微型管网，一旦钢架生锈，管道就会自行熔化并释放出防锈剂。服用本方法制备的胶囊药丸后，药物可在体内指定部位释放。由聚合物聚碳酸酯和液晶组合而成的液晶膜或人工分离膜在日本正在开发，已经应用于制药工业。例如，在医疗中，将薄膜制成胶囊形状，将抗炎剂放入胶囊中，然后将胶囊嵌入发炎部分。该胶囊能根据患处炎症引起的温度变化及时释放药物，从而达到预期的治疗目的和治疗效果。在食品工业中，人工膜可用于开发“味觉识别机器人”的味觉传感器，并且所需的各种食品成分可被改进或制造。例如，膜技术可以用来浓缩葡萄汁，改善葡萄酒的口感。它可以用来制作低盐酱油，净化果汁，彩色食品等。这不仅可以提高食品质量，增加人们的食欲，还可以扩大食品销售市场，增加食品行业的经济效益。高分子材料和传感器的结合已经成为智能材料的一个新特点。意大利在开发具有“感觉”功能的“智能皮肤”方面处于世界领先地位。1994年，意大利比萨大学的工程专家德罗西根据人类皮肤的表皮和真皮(外层和内层)的特性，为机器人制作了一个由外层和内层组成的人造皮肤。皮肤不仅有弹性，而且厚度与真实皮肤相似。为了使人造皮肤能够“感知”物体表面的纹理细节，德罗西的研究小组还开发了一种特殊的表皮，由两层橡胶薄膜组成。然后，针尖大小的传感器被放置在两层橡胶薄膜之间的任何地方。这些传感器是由压电陶瓷制成的。当它们受到压力时，就会产生电压。压力越大，电压就越大。据报道，德罗西制造的针尖大小的压电陶瓷传感器非常灵敏，它还能感应纸张上凸起的斑点。德罗斯所开发的人造革覆盖机器人能够灵敏地感应到一张胶纸脱落时产生的拉力，或者装有润滑剂的发动机轴承脱落时摩擦力的突然变化，并做出快速的抓取反应。美国的一些桥梁专家正在研究能够在出现问题时自动加固桥梁的活性智能材料。美国密歇根大学正在研究一种可以自动加固的直升机水平旋翼桨叶。当叶片遭遇强风并在飞行中剧烈振动时，分布在叶片中的微小液滴会变成固体并自动增强。人们也在研究一种住宅用的“智能壁纸”。当住宅中的洗衣机等机器发出噪音时，智能壁纸可以降低噪音。总之，高分子智能材料已经成为材料科学的一个重要研究领域，各国科学家都在为此进行不懈的努力。人类发展史证明，每