智能高分子材料ppt课件

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1、 概 述
➢凝胶材料 ➢形状记忆高分子材料
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2、 凝胶材料
海参没有骨骼等硬的构造，其 大部分都由水及凝胶材料组成；
利用人工合成的高分子凝胶 来模拟海参类的生物组织。
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2、智能凝胶材料
一、简介：
凝胶是由液体与高分子网络所组成的三维网络结 构，其大分子主链或侧链上含有离子解离性、极 性或疏水性基团，对溶剂组分、温度、pH值、 盐浓度、光和电场等环境变化能产生一定的响应， 发生可逆的不连续的体积变化。
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2、凝胶材料
一、简介：
➢ 由于液体与高分子网络的亲和性，液体被高分 子网络封闭在里面，失去了流动性，因此凝胶 会象固体一样显示出一定的形状。
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2、凝胶材料
一、简介：
➢ 由于凝胶材料中含有液体，不像固体那样维持 其形状，因此，凝胶材料也曾被称为“湿材料” 或者“软材料”。
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2、凝胶材料
二、高分子水凝胶的制备
（4）光响应性
光响应材料设计涉及到将能产生光化学反应的 发光基团引入高分子材料中。此类材料在光记 录介质、化学传感器和非线性光学材料方面应 用前景良好。
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四、高分子凝胶的刺激响应性 2、化学刺激响应性
（1） pH响应性 通过线形聚合物之间交联或互穿而形成的体型大 分子网络结构；网络中含有可离子化的酸性或碱 性基团，随着介质pH值、离子强度的改变，这 些基团会发生电离，导致网络内大分子链段间氢 键的解离，产生不连续的溶胀体积变化。
温度( LCST)： ➢低于LCST，温敏凝胶在水溶液中溶胀， ➢随着温度升高，达到LCST时，凝胶发生体积
相变而收缩。
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四、高分子凝胶的刺激响应性
1、物理刺激响应性 （1）温度响应性 ➢温敏水凝胶溶胀和收缩时的体积比为溶胀比q， ➢凝胶的LCST和q是决定其应用的关键因素，也
是设计温敏凝胶的主要参数。
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典型的热致收缩型水凝胶---PNIPAM
20度
45度
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1、物理刺激响应性
(2) 电场响应性
➢田中丰一研究组在1983年首次报道了凝胶对电 场的响应：在电场刺激下，凝胶产生溶胀和收缩 并将电能转换机械能。
➢科学家们将凝胶视作人工肌肉的候选材料，希望 能在机器人驱动元件或假肢方面得到应用。
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2、凝胶材料
五、新型智能高分子水凝胶
1、快速响应性水凝胶 传统水凝胶溶胀速度较慢，但有许多场合需要 分子网络能很快地溶胀。为了提高水凝胶的响 应速度，在传统水凝胶的基础上制备了几种新 型水凝胶。
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1、快速响应性水凝胶
（1）微凝胶
➢研究表明，水凝胶溶胀或收缩达到平衡所需的 时间与水凝胶的线性尺寸的平方呈正比，据此 得出，小的凝胶颗粒响应外界刺激比大凝胶快。 因此为了提高水凝胶的响应速度，研究者合成 出微凝胶或纳米尺寸的水凝胶。
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1、快速响应性水凝胶
（2）大孔及超孔水凝胶 凝胶溶胀或收缩过程主要为高分子网络的吸收或 释放溶剂，这是一个慢的扩散过程，而且接近临 界点时更慢。
➢聚合反应可以借助引发剂引发和辐射引发完成， 交联剂最主要的是利用交联剂来完成，如双乙 烯基交联剂。
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2、凝胶材料
三、溶胀行为与作用机理
在凝胶的溶胀过程中： ➢溶剂试图渗入高聚物网络内使其体积膨胀， ➢交联聚合物体积膨胀，导致网络分子链向三度
空间伸展，使分子网络受到应力产生弹性收缩， ➢当两种相反的倾向相抗衡时，达到了溶胀平衡。
使材料系统微结构中集成智能与生命特征，达 到减小质量，降低能耗，并产生自适应功能。
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1、 概 述
智能性体现:
➢具有感知功能：能够检测并识别周围环境的变 化，如应力、应变、热、光、电、磁及核辐射 等;
➢具有驱动特性及响应环境变化功能;
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1、 概 述
智能性体现:
➢能以设定的方式选择和控制响应; ➢反应灵敏恰当; ➢在刺激消除后能够迅速恢复到原始状态。
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2、化学刺激响应性
（2）分子识别型刺激响应性 ➢蛋白质可记忆和复制独特的构象，以难以置信
的特异性识别外界的分子，并以极高的效率催化 化学反应。
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2、化学刺激响应性
（2）分子识别型刺激响应性
➢模仿生物体系的分子识别功能，并将此类功能 引入高分子材料乃是一个诱人的研究方向，但这 涉及将特异识别位点导入高度交联多孔聚合物的 分子印迹技术。ห้องสมุดไป่ตู้
第九章 功能高分子
智能高分子材料
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1、 概 述
一、简介
定义：智能材料(Intelligent Material 或sm art Material)：指具有感知环境刺激，对之 进行分析、处理、判断，并采取一定的措施 进行适度响应的智能特征的材料。
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1、 概 述
一、简介
➢构思：源于仿生； ➢目标：获得类似人的各种功能的“活”的材料，
➢聚合物成为高分子凝胶材料必须具备两个条 件：高分子主链或侧链上带有大量的亲水基团， 并具有适当的交联网络结构。
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二、高分子水凝胶的制备
➢起始原料：可以是单体、聚合物、或者是单 体和聚合物的混合物。
➢制备方法：单体的交联聚合、接枝聚合和水 溶性高分子的交联等，其中单体交联是目前 制备高分子凝胶的最主要方法。
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二、高分子水凝胶的制备 单体交联聚合
➢单体交联聚合：在交联剂存在的情况下，单体 经自由基均聚或共聚而制得高分子凝胶的方法。
➢在聚合反应过程中，可以通过加入或改变引发 剂、鳌合剂、链转移剂等来控制聚合动力学， 以及所得高分子凝胶的性质。
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二、高分子水凝胶的制备
单体交联聚合
➢制备高分子凝胶的单体：主要有丙烯酸系列、 丙烯酰胺系列和醋酸乙烯酯等，
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四、高分子凝胶的刺激响应性
1、物理刺激响应性 （1）温度响应性
➢ 温敏水凝胶：分子中有一定比例的亲水和疏水 基团，温度的变化可以影响这些基团的亲疏水 作用以及氢键作用，从而使凝胶的网络结构改 变，导致发生体积相转变的一类凝胶。
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四、高分子凝胶的刺激响应性
1、物理刺激响应性 （1）温度响应性 ➢温敏水凝胶发生体积相变的温度称为临界相变
四、高分子凝胶的刺激响应性
1、物理刺激响应性
(3) 磁场响应性
凝胶响应磁场而溶胀和收缩的研究工作始于美国M IT研究组。他们将磁铁“种植”在凝胶内，当施加 磁场时铁磁体发热，使周围凝胶温度升高诱发溶胀 或收缩，去除磁场后，凝胶冷却恢复至原来的尺寸。
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四、高分子凝胶的刺激响应性 1、物理刺激响应性