智能高分子材料.ppt

智能高分子材料 主要内容 智能材料 智能高分子材料 富勒烯 超分子 智能材料应具有的功能及特点 具有感知功能，可探测病识别外界（或内部）的刺激强度 具有信息传输功能，以设定优化方式选择和控制响应 具有对环境变换作出响应及执行的功能 反应灵敏恰当 外部刺激条件消除后能迅速回复到原始状态。 什么是智能高分子材料 定义：智能高分子是一类新型高分子材料，在遇热、遇光、遇电，甚至遇到磁场时会急剧膨胀或收缩。 刺激响应性高分子凝胶 智能高分子凝胶的体积相转变 智能高分子凝胶的刺激响应性与分类 富勒烯 富勒烯的应用 智能超分子体系 超分子：指由两种或两种以上分子依靠分子间相互作用结合在一起，组成复杂的、有组织的聚集体，并保持一定的完整性使其具有明确的微观结构和宏观特性。 智能高分子材料的一般应用 智能高分子材料展望 Nishi等曾研究了一系列这类聚合物水凝胶,如轻度交联的甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酸N,N-二甲基胺乙酯(DMA)的共聚物。 姚康德等对聚(环氧乙烷-共-环氧丙烷)-星型嵌段 -丙烯酰胺]/交联聚丙烯酸互穿网络凝胶(P[(EG-co-PG)-Sb-AAM]/Cr-PAA)进行了研究。 磁场响应性凝胶 包埋有磁性微粒子的高吸水性凝胶称为磁场响应性凝胶。当把铁磁性“种子”材料预埋在凝胶中并置于磁场时,铁磁材料被加热而使凝胶的局部温度上升,导致凝胶膨胀或收缩,撤掉磁场,凝胶冷却恢复至原来大小。铁磁可采用不同的方法包埋。一种是将微细镍针状结晶置于预先形成的凝胶中。另一种是以聚乙烯醇涂着微米级镍薄片,与单体溶液混合后再聚合成凝胶。这两种方法可用于植入型药物释放体系,由电源和线圈构成的手表大小的装置产生磁场,使凝胶收缩而释放一定剂量的药物。采用这类方法能制备人工肌肉型驱动器。 * 1 智能材料又称为机敏材料，是具备感知、自诊断、自适应、自修复等功能的材料。 图1 智能材料的感知功能和执行功能 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 智能材料分类 特点：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 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，高分子主链或侧链上有亲水性（极性）基团和疏水性基团。由于它是一种三维网络立体结构，因此它不被溶剂溶解，同时可以吸收溶剂而溶胀，也可排除溶剂而收缩。 它既是高分子的浓溶液又是高弹性的固体，小分子物质能在其中渗透或扩散。 外界环境条 件（溶剂组分、 温度、PH值 光、电场、 磁场等） 相 转 变 行 为 结构 物理性质 化学性质 …… 智能 响应 原因： 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 外界环境因子的变化 体积不连续变化 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 物理刺激 化学刺激 温度 光 压力 电场 pH 生化 盐 分类 pH响应性凝胶 生化响应性凝胶 盐敏凝胶 富勒烯：是一种碳的同素异形体。任何由碳一种元素组成，以球状，椭圆状，或管状结构存在的物质，都可以被叫做富勒烯。 结构：富勒烯是一系列纯碳组成的原子簇的总称。它们是由非平面的五元环、六元环等构成的封闭式空心球形或椭球形结构的共轭烯。现已分离得到其中的几种，如C60和C70等 碳纳米管，巴基管 包裹金属 碳纳米管中的富勒烯 智能高分子膜 智能高分子复合材料 智能高分子凝胶 智能纤维织物 记忆功能高分子材料 类别 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 集成传感器、信息处理器和功能驱动器，多学科交叉产物 三维高分子网络与溶剂组成的体系，体积相转变 聚乙二醇与各种纤维共混物热适应性， 可逆收缩性 对应力形状体积色泽等有记忆效应 性质 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 服装 保温系统，传感/执行系统，生物医用压力绷带 选择透过膜材，传感膜材，仿生膜材，人工肺 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 医用材料，包装材料织物材料，热收缩管 应用 随着材料科学的发展，智能高分子材料具有广阔的发展空间和应用前景。 pH敏性凝胶 pH响应性凝胶是其体积能随环境pH值变化的高分子凝胶。这类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介质pH值变化，并对凝胶网络的渗透压产生影响；同时因网络中增加了离子，离子强度的变化也引起体积的变化。pH响应性凝胶，亦可以是物理交联的刚直的非极性结构与柔韧的极性结构组成的嵌段聚合物。例如多嵌段聚胺凝胶，其分子链中含有聚脲链段(硬段)和聚氧化乙烯链段(软段)。 2） pH值 PNIPAM及其共聚物凝胶的体积相转变可使它们的物理性能发生很大变化，因