南京工业大学毕业论文文献翻译

1、材料科学与工程学院本科毕业设计（论文）外文资料翻译原文名称 Remote Controlled Multishape Polymer Nanocomposites with Selective Radiofrequency Actuations 原文作者 Zhengwang He, Nitin Satarkar, Tao Xie, Yang-Tse Cheng, and J. Zach Hilt 原文出版物 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 2011, 23, 31923196 翻译内容页码 31923196 中文名称 选择性射频远程

2、控制多型性聚合物纳米复合材料学生姓名 管武荣 专 业 高分子材料与工程 学 号 P1102110310 2015 年 1 月选择性射频远程控制多型性聚合物纳米复合材料Zhengwang He, Nitin Satarkar, Tao Xie, Yang-Tse Cheng, and J. Zach Hilt形状记忆聚合物（SMP）是一类可使临时形状稳定变形和通过外界条件刺激恢复它们初始的形状的聚合物。1,2。SMP通过设置临时形状,然后执行恢复初始的形状的独特能力已经被使用在各个领域。许多原型系统开发,包括血管内清除血栓设备,3自动放出可逆的干燥粘合剂,降解生物的自我紧缩缝合(4、5),6一个

3、活跃的微流体装置,7自我修复表面,8组织工程支架,9和以皱纹为基础结构制式系统。10大多数形状记忆聚合物只能切换一个临时的形状和一个初始的形状(即每个形状记忆循环。双层记忆效应)。这是有关双层记忆聚合物仅有唯一形状记忆转变事实,可逆的热转换(如一个玻璃化转变或融化转变)，负责形状发生变化。通过使用额外的化学11 - 13 或物理 14 限制形状记忆转变,形状记忆聚合物变得能够切换两个临时的形状和一个初始的形状(即。三倍形状记忆效应)。相比之下,我们最近发现,用广泛的形状记忆聚合物转变可以显示一个可调三倍甚至四倍高度形状记忆效应。15除了参与每个形状记忆周期的形状数量,恢复SMP的触发机制是至关

4、重要的。虽然直接加热是最常见的用于触发恢复的方法, 许多实际的设置直接进入加热不是可行的, 如在体内的应用。因此,选择远程触发机制,如红外线16和磁场,(17、18)已经开发除了无远程触发机制,包括水浸法19和电阻加热(20、21)来实现其多功能性。22以前证明三倍形状聚合物体系(11 - 15),这两个临时形状随后通过加热或线性连续加热恢复。在一个典型的热机械分析仪(TMA) 控制加热三倍形状聚合物很容易实现,但这样做在环境设置中可能会遇到许多具有挑战性的实际问题。为了克服这个问题,Kumar等人介绍了氧化铁(Fe3O4)三倍形状聚合物纳米粒子。23利用两个不同的磁场强度在同一射频(RF),

5、按顺序让两个材料加热到平衡温度。因此,是以远程的方式两步实现的。然而，无论何种控制机制,所有已知的恢复三倍形状记忆聚合物系统始终遵循一个单一的路线:1)低温临时形状,2)高温度临时形状,3)和初始形状(11 - 15)。在这里,我们报告一个多层组合SMP能够远程和选择性触发多个临时的恢复形状。我们的方法是基于Fe3O4纳米颗粒和碳纳米管(碳纳米管)可以选择性地诱导两个非常不同的射频(RF)范围(296千赫兹和13.56兆赫兹)发热的原则。两个纳米填料可以嵌入到聚合物复合材料的不同位置,使其暴露在射频场独立加热(恢复)。这样一个概念设计如图1所示。目标多层组合SMP包含三个区域:Fe3O4-SM

6、P(右区),平整的SMP(中心区域),CNT-SMP(左区)。所有介绍到的三个区域中初始的连续形状是首个临时的变形形状# 1。对于临时形状# 1,Fe3O4-SMP或CNT-SMP区域的恢复可以通过选定的射频远程控制，在没有其它区域的恢复下。这样,其恢复初始形状可以按照五个编号不同的恢复路线,包含五个不同的形状聚合物。由于该方法依赖于选择性的局部刺激，一个广泛的形状记忆转变或多个不同的形状记忆转换，这是其它已知的多型性记忆的聚合物所必需的，在这里并不需要。更重要的是，选择性远程控制的概念可以在形状记忆聚合物上有利于其他刺激响应系统刺激响应。在图1中实验验证概念描述,我们开始个人制作Fe3O4-

7、SMP和CNT-SMP复合材料和评估它们的远程控制性能。综合利用这两种基于聚合物基体相同的环氧树脂复合材料，对其形状记忆性能进行分析。(24、25)值得注意的是,平整的环氧SMP的弹性模量约为10 MPa。图1。概念图解各种形状从临时形状# 1到初始的形状恢复路线。五种恢复路线可能取决于序列。RF1和RF2分别代表无线电频率的低和高。在所有五个恢复路线,最后一步总是通过直接加热SMP中心地区恢复初始形状，不包含任何填料。橡胶模量的交联密度高,使材料适合应用于高压力恢复。4通过原位聚合使纳米粒子填料引入SMP模型。8粒子载荷(环氧树脂液体前驱的重量百分比)调整到5%重量的Fe3O4和0.4%重量

8、的碳纳米管。平整的SMP样本没有任何纳米颗粒也要合成和测试并作为参考。SMP纳米颗粒色散和复合材料的形态使用扫描电子显微镜(SEM)表征。观察到在一个较低的放大倍数下,均匀分散Fe3O4-SMP和CNT-SMP(图2 a,c)。在更高的放大倍数下,进一步研究Fe3O4纳米粒子，发现在多粒子群下单独分散(图2 b,d)。在这里,Fe3O4凝聚是由于其高负荷和颗粒间的相互作用。使用差示扫描量热法(DSC)和动态力学分析法(DMA)分析了混合的SMP和平整的SMP的玻璃化转变温度(Tg)。DSC结果(图3)表明,尽管平整的SMP Tg是60.7°C,Fe3O4-SMP Tg和CNT-SMP

9、 Tg分别被减少到44.7°C和59.0°C。从DMA曲线的三个样本(图3 b)中发现了类似的趋势,即模量和阻尼,tan,曲线是转向较低的复合材料的温度范围。虽然不是当前的重点调查,Tg的减少可能与纳米颗粒,干扰网络在交联过程中原位聚合有关。更重要的是Tg减少Fe3O4-SMP的复合也可能导致色散不完美和高度填充装载。图2。扫描电SMP复合材料的电镜图像。a)Fe3O4-SMP×5000放大。b)Fe3O4 SMP×30000放大。c)CNT-SMP×5000放大。d)CNT-SMP×30000放大。图3。热性能和远程加热平整SMP和

10、混合SMP。a)DSC曲线图。b)DMA曲线图。c)的射频加热要296千赫。d)的射频加热要13.56 MHz。根据SMP的选择性加热特性研究了纳米复合材料对这三个样本的两个射频场296千赫和13.56 MHz。样品的表面温度与射频曝光时间(图3 c,d)。数据显示平整SMP没有在任一区域诱导加热，有一个特定频率的响应，使Fe3O4和CNT受热相互独立。具体来说,Fe3O4-SMP复合只是在296千赫领域加热和CNT-SMP复合只是在13.56 MHz加热。在这两种情况下热诱导时,稳态温度,超过了Tg,达成大约在1 - 2分钟。我们也应该注意,碳质纳米填料已通过红外线16或电阻加热引入SMP,

11、(20、21) 这里的第一个例子是磁响应碳纳米管复合材料，在CNT的一小部分。形状记忆性能(形状不变(Rf)和形状恢复(Rr)平整的SMP和两个SMP复合样本评估使用弯曲变形。21因此, 测定约为100%的RF和RR的所有样品 ,表明形状记忆属性并不妨碍纳米颗粒的渗入。在图1中通过实验实现选择性控制, 根据多级固化程序,多层组合样品由Fe3O4 SMP区域和CNT-SMP区域在实验部分详细开加工好。多级固化环氧树脂的化学性质保证了不同地区之间的接口是非常稳固的。 13 在图1中展示了直条形试样在所有三个区域和恢复路径3第一次变形的测量实验，如图4。当变形的试样进行13.56兆赫的射频场刺激，只

12、有CNT-SMP区域被加热(红外(IR)图像)。这导致了CNT-SMP区域的完全恢复。在随后的暴露在296 kHz射频场中,Fe3O4-SMP区域选择性地加热和恢复。最后, 在烤箱加热平整的SMP区域恢复。在整个过程中，实现了三个临时形状的恢复, 证实了选择性控制确实可以精确的控制多个恢复。我们注意到当前材料需要CNT和Fe3O4复合材料在空间上分开。这源于这样一个事实:射频触发,尽管其远程特性是基于加热的。如果CNT和Fe3O4填充料被引入一个单一的复合材料,由此产生的材料能够应对两个不同的射频场,但选择性控制功能将丢失。另一方面,选择性控制单个复合材料是可行的,如果是为了应对两个完全不同的

13、恢复触发(例如。湿度、曝光和加热)。未来的研究上，这是一个有趣的方面值得去探索。我们进一步注意,它可能是有利于单一材料表现出选择性控制能力,我们之前通过提供了有利它自己的材料和多层组合方法设计类似于多层组合材料报道。26图4。多层组合形状恢复演示实验。样品依次受到射频场13.56 MHz和296千赫。红外图像显示相应的选择性加热区域。总之, SMP Fe3O4-SMP组成的区域和CNT-SMP隔开的区域也是仿造的多层组合,Fe3O4纳米粒子聚合形成多层组合集群,而CNT均匀分散。纳米粒没有形状记忆聚合物基体的性能,但导致降低Tg,尤其是Fe3O4的情况。由于Fe3O4和CNT纳米粒子的选择性射

14、频加热性能，当使用两个不同的射频场来远程控制, 被发现多层组合被能够控制多个形状恢复。这种选择性控制方法可以广泛适用于其它刺激响应材料以外的系统。实验部分材料:环氧树脂前体细胞,包括双酚A缩水甘油醚(EPON 826),新戊二醇缩水甘油醚(NGDE),和固化剂(聚醚胺D - 230),从商业来源获得。(24、25) 球形Fe3O4纳米粒子（0.2%聚乙烯吡咯烷酮包覆的Fe3O4）与平均粒径为25 nm的多壁碳纳米管（sciencelab公司购买；直径2030 nm，长度超过80m）和官能化酯是由在肯塔基大学应用能源研究中心慷慨捐赠。 SMP纳米复合材料的合成:SMP样品环氧前体细胞的摩尔比EP

15、ON / NGDE/聚醚胺= 1.5 / 0.5/1。24 把纳米颗粒（Fe3O4或CNT）分散在聚醚胺D-230第一超声10分钟。接下来,EPON 826和NGDE被分散。获得的混合物与两个玻璃板块之间的聚四氟乙烯被旋涡混合器进一步混合10s，由相隔1毫米垫片分开。固化时间在100°C为1.5 h和130°C为 1 h。固化后,进行样本之后的特性描述和形状记忆评估。多层组合SMP合成的三个步骤。首先,Fe3O4-SMP单体溶液部分固化20分钟。然后，平整的SMP单体溶液在第一区增加的部分固化20分钟。最后,在单体溶液中加入CNT-SMP完全固化。总体样本的测量为43毫米&

16、#215;5毫米×1毫米。两个复合区域都是15毫米的长度。SEM分析表征：采用日立模型s-4300进行。获得的图像为断裂试样表面。DSC采用Q100模型仪器，其升温速率为10°C每分钟。DMA测量是在Q800模型仪器进行的。实验在承受拉力下进行，多频调试。试样被切成25毫米×5毫米尺寸。试样首先保持20°C，然后温度增加到120°C速率为5°C每分钟。形状记忆的评估:形状固化(Rf)和形状恢复(Rr)的评估是通过比较弯曲角度,固定角度,和恢复角度。试样100°C和180°C加热使其弯曲(弯曲角),然后在冰水淬火5分

17、钟。在试样加热到100°C测定固定角度。最后测量恢复角度。在两个频率,为射频加热SMP复合材料切成方块(8毫米×8毫米×1毫米)。所产生的射频场296千赫MMF-3-135/400-2泰勒·温菲尔德感应电源模型(直径15毫米，匝数5圈的螺线管)。由一个射频功率源产生的5S13.56兆赫的射频场(直径11厘米，匝数8圈的螺线管)。在加热过程中试样表面温度与红外摄像机记录。多次复原示范:试样以直条形式第一次在烤箱加热(100°C)。第一步试样的三个区域用手弄成“”形状。然后使其冷却固定。之后,在13.56 MHz射频场和296 kHz射频场,直接加

18、热固化。致谢作者感谢Drs. Bill Carter, Geoff Macknight, Nilesh Mankame, 和 Paul Alexander大对形状记忆聚合物主体的讨论。作者还感谢博士Dipti Biswal SEM成像的帮助和射频加热实验的帮助。此外，作者感谢布罗克医生马尔斯安德鲁斯博士，罗德尼博士，马克迈耶，和阿曼考尔提供多壁碳纳米管和碳纳米管的酯官能化。Received: February 17, 2011Published online: June 3, 2011参考文献1  M. Behl, A. Lendlein, Mater. Today 200

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