聚合物-無(wú)機(jī)復(fù)合智能水凝膠及其器件的研究.pdf

1、近年來(lái)，聚合物/無(wú)機(jī)納米復(fù)合水凝膠器件的發(fā)展越來(lái)越受到人們的關(guān)注，已報(bào)導(dǎo)的有細(xì)胞支架、自折疊薄膜、仿生驅(qū)動(dòng)器件等。并且隨著研究的深入，研究者們對(duì)凝膠器件的設(shè)計(jì)方案提出更高的性能要求，如凝膠響應(yīng)形變的可控化與復(fù)雜化和刺激驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)可控化與多樣化等。
　　本論文以設(shè)計(jì)更復(fù)雜響應(yīng)形變水凝膠和可控驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)凝膠器件為主要研究目的，做了如下研究?jī)?nèi)容:
　　(1)、以粘土(Laponite RDS)為物理交聯(lián)劑，選用N，N-二甲基丙烯酰胺(

2、DMAAm)、丙烯酸-2-甲氧基乙酯(MEA)和N-異丙基丙烯酰胺(NIPAAm)，通過(guò)原位聚合方法，制備RDS/P(DMAAm-co-MEA)水凝膠(S-MD凝膠)和RDS/PNIPAAm水凝膠(S-N凝膠)兩種復(fù)合凝膠基體，考察其溶脹性能和消溶脹性能，發(fā)現(xiàn)控制各單體含量和RDS的含量均可調(diào)節(jié)凝膠的溶脹曲線和刺激響應(yīng)消溶脹曲線，最終選取綜合性能最佳的S2N10和S2MD30作為復(fù)合水凝膠基體。通過(guò)在基體凝膠預(yù)聚液中，引入MNP，并施加

3、不同的磁場(chǎng)，構(gòu)筑不同MNP螺旋梯度，制備出RD S/NIPAAm/MNP(S-N-MNP水凝膠)和RDS/P(DMAAm-co-MEA)/MNP(S-MD-MNP水凝膠)兩種納米復(fù)合水凝膠。經(jīng)研究分析，MNP的引入并未對(duì)凝膠的力學(xué)性能產(chǎn)生負(fù)面影響，在磁場(chǎng)作用下，凝膠中MNP形成由幾十納米至幾十微米不等的呈梯度分布的團(tuán)聚體，且MNP的濃度梯度，可影響凝膠響應(yīng)過(guò)程中的形態(tài)變化，使凝膠實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的螺旋響應(yīng)形變，達(dá)到響應(yīng)形變預(yù)編化的目的。

4、>　　(2)、在無(wú)水乙醇中自由基聚合，制備一系列具有結(jié)晶-熔融相轉(zhuǎn)變的丙烯酸長(zhǎng)鏈烷基酯和甲基丙烯酸(MA)共聚凝膠，經(jīng)溫敏-密度曲線和DSC曲線分析，發(fā)現(xiàn)各共聚凝膠在結(jié)晶-熔融轉(zhuǎn)變過(guò)程中出現(xiàn)明顯的密度突變和滯后環(huán)，且烷基側(cè)鏈的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，轉(zhuǎn)變溫度越高，而MA含量越高，凝膠密度越大。經(jīng)綜合考慮，選取丙烯酸十八酯(SA)和MA共聚凝膠(S-M水凝膠)，作為復(fù)合水凝膠的基體。通過(guò)將氧化石墨烯(GO)乙醇溶液為聚合反應(yīng)介質(zhì)，原位聚合，制備S-M-

5、GO水凝膠，再原位還原GO，制備出S-M-G系列水凝膠。經(jīng)溫度-密度曲線、DSC曲線和TEM等表征測(cè)試，發(fā)現(xiàn)r-GO在凝膠中分散良好，使凝膠具有光熱響應(yīng)性能，實(shí)現(xiàn)凝膠局部的結(jié)晶-熔融相轉(zhuǎn)變。通過(guò)組裝或設(shè)計(jì)S-M-G水凝膠器件凝膠的外形和局部紅外光照射，使器件在水中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)可控沉浮、滾動(dòng)、翻轉(zhuǎn)、“雙足行走”等運(yùn)動(dòng)。
　　(3)、通過(guò)溶液聚合法和膠束聚合法制備S-M凝膠，初步嘗試在S-M凝膠網(wǎng)絡(luò)中原位生成黑色的鉑納米粒子，制備了可光致