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含多钼酸复合光热转换水凝胶的制备及应用研究

摘要

光热转换水凝胶是一类由光热剂和水凝胶基质形成的功能性材料，已在海水淡化、

组织修复和肿瘤治疗等领域发挥了重要作用。常常用于构筑光热剂的材料具有成本高昂、

制备复杂、同水凝胶基质混合性较差等缺点，削弱了光热水凝胶的性能与限制了其应用

范围。因此，探索成本较低、制备简单并与水凝胶基质相容性较好的光热剂是有必要的。

多钼酸盐Mo154团簇是一种离散的过渡金属氧化物，具有精确的原子结构和较高的光热

转化能力，同时拥有制备过程简单、成本低廉、水中分散性好等优点。本论文中，将利

用多钼酸盐Mo154团簇作为光热剂，同聚乙烯醇（PVA）、热敏材料聚N-异丙基丙烯酰

胺（PNIPAM）两种水凝胶基质进行共混，制备了具有不同结构和功能的光热水凝胶材

料，为光热水凝胶的构筑方式提供了新的思路。具体研究如下：

通过团簇聚多钼酸盐Mo154分子链上Mo=O和PVA分子链上羟基之间的强氢键作

用，以及将二元溶剂替代单一溶剂制备了高强度、抗冻性、抗溶胀、高灵敏度和具有光

热转换能力的导电水凝胶（Mo-PVA/DW水凝胶）（D、W分别指二甲基亚砜和水）。

由于二甲基亚砜/水的二元溶剂体系的存在，PVA分子链在体系保持更多的直链构型，

这赋予水凝胶具有较好的力学（拉伸强度为0.86Mpa，拉伸率为380%）、抗冻（-20℃）

和抗溶胀性能（溶胀率小于5%）。同时，由于Mo154的引入，赋予了水凝胶导电性和

-3

光热转换能力，电导率为1.15×10S/cm，在250mW的近红外光照射下，光热温度能

达到50℃以上。良好的导电能力及抗冻性能，使得其能够在较低温度监测人体运动。

通过PVA包覆Mo154，结合PVA和PNIPAM之间的氢键作用，制备了具有光热响

应效应互穿网络结构的Mox-PVA/PNIPAM水凝胶。团簇聚多钼酸盐Mo154的引入，可

以降低PNIPAM的低临界溶解温度（LCST），大约降低了3.5℃。同时，由于Mo154

较好的光热转化能力，借助于PNIPAM水凝胶的热致收缩变白的特性，该水凝胶可实

现光照下透明度的改变，可实现智能调节玻璃的透光性，从而降低室内温度达到节能的

效果，也可实现隐信息的保护。此外，基于PVA和PNIPAM的双网络结构的作用，所

制备的Mox-PVA/PNIPAM水凝胶节能窗户具有更好的稳定性，并通过EnergyPlus软件

对建筑耗能进行模拟分析，显示出Mox-PVA/PNIPAM水凝胶智能玻璃窗户具有较好的

节能潜力，扩展了聚多钼酸盐功能材料在智能窗户领域的应用。

关键词：Mo154；聚乙烯醇；光热转换；功能水凝胶；节能窗户

含多钼酸复合光热转换水凝胶的制备及应用研究

Abstract

Photothermalconversionhydrogelisatypeoffunctionalmaterialformedbycombining

aphotothermalagentwithahydrogelmatrix.Thismaterialhasproventobecrucialin

applicationssuchasseawaterdesalination,tissuerepair,andtumortreatment.Thematerials

commonlyusedtofabricatephotothermalagentsoftenhavedrawbackssuchashighcost,

complexpreparationprocesses,andpoorcompatibilitywithhydrogelmatrices.Theseissues

cancompromisetheperformanceofphotothermalhydrogelsandrestricttheirpotential

applications.