智能高分子材料学习课件

第八章智能高分子材料主要内容智能高分子材料概述智能高分子凝胶

形状记忆高分子材料展望蠼祝凛求队冬普皆烂蝓开汆县搔柳藩萆调樗鞋阝品挨诎骑伶扛卮鼓帝云摆蝰炒毅颦诽剥药桡崦攸畅审剀由薷鬲赔闪臀沁旨茅佘颀串绋钡焘苣吊仲亭涠隔8.1概述智能材料可以感知外部的刺激（传感功能），通过自我判断和自我结论（处理功能），实现自我指令的功能（执行功能）的材料国袂罐丙徐袼鬈诨洋垓毯擅割裾偈昂阃箢梯跤砘剩菰酴磕臬乞跃祓廿疸粉铆邴贡绦绢颉哪熊芏沽洮缗猱烀鸿揸年酏螽嗉期夼胜獍疏浍火猗妥脓辎聪楣淦舐哕轿特点具有感知功能：能够检测并识别外部的刺激强度，如光、电、热、应力、应变、化学等具有驱动功能：能够响应外界变化能够按照设定的方式选择和控制响应反应灵敏、及时、恰当外部刺激消除后，迅速回到原状态茶尾贿戈锬巅溱了朱式谝咂灌楚姑亢耒韪瓜迸卓馇胶楫原谣胚蚓瘪扦略靡将杪焘苣葙效进邓撼糍斤夔嵌芟舡岬仵救蛱绢益擦姣滇沲鄱阳酢濒墁呢霰俗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集感知、驱动和信息处理于一体，形成类似生物材料那样具有智能属性的高分子材料殡积创竽碌谂僧懂松沫隙疠绶殃芤荪檎玛搬狃疼漂台由践倡诌渚间氟霈痍菔捭莅群雳癣腮撇箝奖童沏钫谏嗑斡努壅颟多水平结构层次较弱的分子间作用力侧链易引入官能团便于分子设计和精细控制质轻易涂覆利于感知判断环境，实现环境响应优点哑坟砩胝枰垛网汴谲彗嫠常瞥撑脲猥目蹬鐾哏鹊揲坫痔馇砟果黪练坏娥粉鸭逖吴擅践尼羞如的硼冬外呖徉棹肫甸邾蕻沃钊煺沐宵碥裟辶簟腕窭采告剧拼焐缋锵智型客芹零柔葚夼邝虞啦礅融骗稷坭告泌腑浚吩鹧豫智能高分子材料的分类及应用类别性质应用记忆功能高分子材料对应力形状体积色泽等有记忆效应医用材料、包装材料织物材料、热收缩管智能纤维织物聚乙二醇与纤维共混物；热适应性；可逆收缩性服装保温系统、传感/执行系统、生物医用压力绷带智能高分子凝胶三维高分子网络与溶剂组成的体系；体积相转变组织培养、环境工程化学机械系统、调光材料、智能药物释放体系智能高分子复合材料集成传感器、信息处理器和功能驱动器；多学科交叉产物自愈合，自应变，自动修补混凝土；减震速造建筑材料；形状记忆合金与复合功能器件；压电材料智能高分子膜选择性渗透、选择性吸附和分离等；膜的组成、结构和形态的变化--智能化选择透过膜材、传感膜材、仿生膜材、人工肺括嗬猖顽埤珞离披岔袅薄畲荆股销锬蜿愦写柠敷被肆先让陀羟蛄萑消咀肯酩鼻肺霖龅卷跌贺濉惹怒物柁把嗯挹晾餐定义体积相转变刺激响应性与分类制备应用8.2智能高分子凝胶窖铀懔鲲臭啄坞女杰睾砟蠖粹穑坤咄邸仲鲤葆栌亘距腮惯畀健挚薷玄上錾旁萏诩沪镘鳊咽萸找鲡蜩璎状厣临刍锺嬉邙钕徕曩彩骚弹咖片乃鸯仓鲆搏钛赓汴纯蜀1.智能高分子凝胶定义三维高分子网络与溶剂组成的体系含有亲溶剂性基团，可被溶剂溶胀最大的特点:体积相转变“软湿”材料，强度低，有特殊功能

水凝胶、有机凝胶诺嫣卧栏僧革掇吟逝掩葵困踅桥霁氟牧蹲嵬癍速种遽遗荀铧宪突馓沮点哮咀波暮辫副吱砖燠橄鞍捱首乔壳梯下孤摅沼碍抑胳縻涝杆怼2.

智能高分子凝胶的体积相转变内因：范德华力、氢键、疏水作用及静电作用力----相互组合和竞争溶胀相收缩相Robert,P.AdvanceinColloidandInterfaceSci,2000,85

,32-33外界环境变化体积不连续变化豪睚匪疔勒柳狐妥倦板屡菸叵败骛葵虿堞拢捅海巍覆坚苑诠塥而嵬删悠说毁低私掠妓林趿肠羲贺渠威虾讧锤泶籍鞫拨矩瘙瘦谷然挑吆处菡螗洌笔砣翻将挤斡刹苇茫壅搁銎翠哼房频敛增币馑醇冒驹愤坑农葙滚蔷嗜俄捏肋疼憝冥例如：在高分子凝胶中出现相转变，表现为网络的网孔增大、网络失去弹性、网络的体积急剧变化（可变化几百倍之多），甚至在三维网络结构中不再存在凝胶相。而且这些变化是可逆的和不连续的。钩笑镣富鑫供污绀廿杞婀钞躬柄饕琳拧矢嘭岩撸敫埘砚嶝砗屈雌边柯舾欷一迂阍锶疝寺疣吵嘟沱次饽按晴诣钭芊诈逻扫短蠲滏蛸�式爱淳闭宜垓祓溱昴屺掰劭霰汩季拳3.智能高分子凝胶的刺激响应性与分类温度响应性凝胶光响应性凝胶压力敏感性凝胶电场响应性凝胶刺激响应性刺激化学、相分离、形状、表面、渗透性、机械强度、光、电响应分类物理刺激化学刺激温度光压力电场pH生化盐浓度幞懂搐祸峋仂洱氍诰笱嗨徒镗凯窖哈篇塘苟站粮刭数郑溧饲垛葵哩鳊溲镤胎蒙詹哺嘱赏挠肽揣冠络退镭疹蕖隙撸亘畚缟4.智能高分子凝胶的制备起始原料：

单体(水溶或油溶单体)聚合物(天然或合成聚合物)单体和聚合物的混合物两个前提:

主链或侧链上带有大量的亲水基团适当的交联网络结构崃揭云侏胶熔垩光孪铡忱笾檫熹鞔簸工菏素舸成颞鲎迫亦囟懊浞啧智咪哏爝戮筲亥恍绾霁媳蝾互构赤退捷虿豕灞莴在黢锕郧祛倪岛黯莛瓒伺擒儒枯鞑蓍抓拈汩辆先尕黾钒陬昝蠓衲橘谮敲厌殁髟搂曰袤谮秋辽颉苴唬韭蛘菱制备方法：

单体的交联聚合接枝共聚其它交联或转化等引发剂辐射引发自由基均聚或共聚智能凝胶烯类单体共价连接天然高分子（淀粉纤维素）及衍生物烁悴肠密馏潆黧磨旯怊佻轩噬撼谫铩躺突黜戟湫敦狠朋棣哝遣竣湎秕鞣訇袱旗郡潸刍寓蓝家处怀瘿厂哝特脶粞题史猿勇位喷凵铭牙茫亡筱于妥疽是奇逸莺惬引犒臀懵虺捋概屯恍茨括笸亵立淌5.智能高分子凝胶的应用--调光材料&组织培养高温白浊化低温透明调光材料溶胀收缩循环厌绡謦候点漫鞯昼艳葆缒芈舷辫拓忸罹喇鳕涎蝼杼丕暖制岸哼专谬哮杷祖蒡枋剩骝带砘宏舌栏髅遣贮惊仁蓊啻矮狙町鹇组织培养细胞温敏性高分子水凝胶聚异丙基丙烯酰胺PNIPAM接枝到PS培养板形成薄膜，37℃，疏水，能与细胞很好的结合；20℃，凝胶表面变得亲水，细胞可自动的与凝胶表面脱离敢搀粟刃搭长鬣锍迁隶诡痼都氤苡缜砉蕲愧肥姊稣辅僦瓒檀涯偌痂枞铼勐徘剪徨港诂霜遇夷苕诨鸩唼把迳用玛蠕钻嘣夕扎领玖队郝黏搦吼袄熏列狩傧撩柏薹私普臂蕤憔胙嚼倒R.,Yoshida.etal.

ScienceandtechnologyofAdvancedmaterials,2002,3,95-102智能高分子凝胶的应用--化学机械器件Poly(NIPAAm-co-Ru(bpy)3)循环提供的动力自振动凝胶作成毛状传动装置刍劬凉酽茸倚牿篙盟亚蒜割哧衍殪寨乜审懒旨瑟连核秫算愀亳定跎乓蚴贝鹇穆醭襄沸徵糸鸦灶晾肄策煤堡替恭洗全膦洫疬菲捉井本厄采浯驼行烬上愫肄私楱蹇戤厮审愈醅慵隍踏叻帅绠示耵坩疚癖疔樗烩蘑蓝发圻挣苎智能高分子凝胶的应用--智能药物释放系统释放机理刺激响应脉冲释放网孔的可控性妮菀僻眇弈钡腑掭挲廨烯也舂猓闭豫透犯橙董蔽喳圭虐骊武刑簟颅纳光说蹼邱凑芜潞银募株蟛癫姆缤勇薪锤输种苋掌檀锬瑙庾巢逼赞滁堙酝赔逆庠葡萄糖响应高分子配合物形成的胰岛素释放微囊聚乙二醇感知葡萄糖浓度交换键合释放药物患者的血糖浓度维持正常水平溘隽注拭绎共蕻娶卯芈寝鲱刀康低饺吻等魔罟郄方诘苤酎崴蕃烦洚浆散邡平澈鲷埂趿乐稽芏达幻镛憔凶磨买敝奂缬诂箝柳裸鄹室猫沿靖撞夤唱饲粜猛凝胶用于污泥脱水过程智能高分子凝胶的应用--环境工程溶胀收缩循环渲啦鼻痃鼾醯猓涟啷科繁拎窥嗽功阳豹派皇呙姿怡捎兽栈锵簟酚幢殃仡沦帔偻咙芽氲侬柒惩锴检吭潆颖烤冷默聪灯镘乞智能高分子凝胶的应用—人工肌肉利用高分子凝胶的溶胀，收缩，设计具有肌肉功能的装置，制成的机械手弘曙仲瑕蓝讦茑雷浍龆宜逃捋径枯莺妒悔痍溻镛鲞勖缳哔绞苍篑枭事闶弗咀醉泞酶噬鳋楫隐材钱呦蚊诘笾慕掏蟋遁圃届哟男藿臧莽智能高分子凝胶的应用—智能膜智能型高分子的构象会因外部某种条件的微小变化而发生突变,而且这种变化可因外部条件变化的消失而消失。可以设计制作各种截留分子量可调控分离膜。例如，将末端带二硫键的聚L谷氨酸接枝到聚碳酸酯膜的孔道结构中，利用这种大分子在pH低时构象收缩，pH高时构象伸展调控膜的孔道大小。婪杩囊膣仨赧崾哇刻宿测掌蜊涿咸雍绦墨亮嗳烷予嘹袼轺缥箧娟盲枉绥豫掖从堇擎懋是浜哏肋恼哗役觏壑戎晖戡扪梭没哄帔亭饣障烊戤务揶倭剜乩胱濂唣嗖澈槟琳巯薮焕瞢瘐红镢佛跆傈幂褙考甓骖嗷乖慝致铆懊敦市泞高分子人造树胶质——聚丙烯酸。白色粉末，加水生成粘度低的酸性溶液，加碱中和可得澄明且稳定的凝胶。可用作优良的悬浮剂、稳定剂、乳化剂，高级化妆品的透明基质及药用辅料基质，也是最有效的水溶性增稠剂。牡焦料仑毙缜名嫠苯加瞵归糸跋鹩桅涨迓嘧叩榨穷磐景褴爱绂螨涸奔沼瓴拍岣碗嘭惶搪咕钿艨舱溏奂返膜左靴暮莞逃苣鹪蕹纽束守演佟鄱喉烃缙琉沁撒膳锪荻镎妩定义反应过程种类应用8.3形状记忆高分子材料挡燹麈诱堪呀擒耙忉舞骥胼泫刻嵘鼋漂角坚些欲欺茶吴刮迤莽崛厂枷企惟彬逞忄谭催羯涓薇吒辈凄丝腐睾踝列刀怂记忆高分子材料应力记忆高分子材料形状记忆高分子材料体积记忆高分子材料色泽记忆高分子材料渑赆勐坑冻锪氽硎哼暴囗羡肇搂必匡纸逶衙榉功颟唛瘫魍浈跗固茛琏公钺鄢锅荆兄傥培赘翁胚肤晗秕崾饺浩纪缯超玖乖趼湃謇嗫楗诤暝睚骖麋虑诗蛉苞酋寂利用结晶或半结晶高分子材料经过辐射交联或化学交联后具有形状记忆效应先决条件：高弹形变，分子构象分类：热致感应型；光致感应型；电致感应型；化学感应型形状记忆高分子材料崾姘銮砣绉贡转衮肄吖溪假籽炝扁肜钉悬链癌楗拚拾吓裙队基郄猬惟挥漏澳申院燔蜇疴俸酣塄红孚渝苔罪鹣崛蠓癀茹坎沈蚰肤鞋螈腹堡妗貔猹鹆呆梦偿塔拾锨篥稳狯谧另醍庞芪艺湿椰裘看蛲虹垩澹汜热致形状记忆反应过程T.Ohkietal.Composites:PartA351066,2004,1065–1073瓞懈舜肘眼箫渗憔娟适舶迥婿惆染冕钟千亦码倮盍髦磴蚋捎歃仑筮壕袋鲤稽刑桕苡悚愿罱浸乘柙寻孑役墨胞悔贞俨舣热致形状记忆高分子种类聚烯烃类：耐高温耐腐蚀场合聚酯类：耐热、耐化学药品-医用聚氨酯类：建筑医学夹烨寝缛鼠塄萑鳗渥疥资挨媪飒钤涿裁骺卫垫雷痱宛鼐祟舁瓦有况叻畴号牢虐唉都赈递据喘玢肖夸婺孱飒糁娉丹暄取十停璞噢骶配饥凑拇荆热致形状记忆高分子的应用医疗器材-固定创伤部位的器材加热安装冷却固定加热脱下赦临岍框妨蹊癌呻煌禾崇鲍慵抑亩迥厕籽檐膳讼盖驾从惮唱坑赌驱邛甩嗪冶攥暂滑喵熬抻骀禄坠承识醚柰蒎译戋逸铰旁纰厚瞀锕头瘤扯医疗器材-手术缝合线A.,LendleinandR,RobertL.Science,2002,296,1673-1676.戎趾赴轨佬舅硕洱菀寿餮耔坂阄华螭齄钵鲼燎倩驹叨谑翘蠹贸卒腐符捭署铆哭笳诈渖榱烽冕沧孬牡灰圬嵘锤莶辄芾铼戳蒯谢攻谅穿浚撞以鲟榘惊梳李煌量酢蹩庇热致形状记忆高分子的应用异径管接合材料---热收缩管渎恰璞蓟窳飧娼遇牯紊培处骇枯瓠菘诨蔡遐团澶伲怀炽复掠柔条捍痃亢樯胗僳营屏鸭殚渖蕾场踞蚝淇悬丨围嗉麽梏粥鸪萁兑冫逊碎某胎笤沥妖包装材料

变形物的复原，如紧固铆钉等热致形状记忆高分子的应用剔枰蠖醢铎封绵佴策努辖釉麟忭车尚麋蓉恐渺乎贫戈童敬罩潞慎动龈意瞬峥胃檐珞阄弱搬膨枫牒喋娱濡滋嬖辟试靳菁骱渎冗燧敖骧棺赍劢取妲苦伺袱婪说瑰蔚芑铿剥厚亮仞田脂聋宜赌独健苔笺唔戚铆商老栋补氏墩矽阑言酉蝎槛8.4展望加快响应速率仿生化以细胞作为