智能高分子材料.ppt
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智能高分子材料专业外语PPT
Automatic unfolding antenna of satellites
Intelligent tyre
Intelligent tyre can collect and transmit the information of its technology feature condition,
then judge and deal with these information.
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Prospect
The research of intelligence polymer materials has concerned lots of basic theory about information、electron、 life science、universe、ocean science and so on. It becomes one of the direction of polymer materials.
Memory alloy
Memory alloy changes from complex diamond crystal structure to simple cubic crystal structure. So it can memorize its shape.
It produces huge force when the memory alloy restore prototype.
Man-made muscle
Researchers of American University of California have invented a kind of man-made muscle ,it can heal itself and generate electric .
Intelligent tyre
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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The research of intelligence polymer materials has concerned lots of basic theory about information、electron、 life science、universe、ocean science and so on. It becomes one of the direction of polymer materials.
Memory alloy
Memory alloy changes from complex diamond crystal structure to simple cubic crystal structure. So it can memorize its shape.
It produces huge force when the memory alloy restore prototype.
Man-made muscle
Researchers of American University of California have invented a kind of man-made muscle ,it can heal itself and generate electric .
高分子智能材料全解课件
酸碱性质
配位性质
一些高分子智能材料可以与金属离子 发生配位反应，可以用于制备金属配 合物和催化剂等。
一些高分子智能材料具有酸碱性质， 可以用于制备离子交换树脂和酸碱传 感器等。
热学性质
1 2 3
热稳定性 高分子智能材料的热稳定性与其分子链结构和聚 集态结构密切相关，一些高分子智能材料可以在 高温下保持稳定的性能。
历史与发展
历史
高分子智能材料的研究始于20世纪80年代，随着材料科学、 物理学、化学等学科的发展，高分子智能材料逐渐成为研究 的热点。
发展
近年来，高分子智能材料在传感器、驱动器、智能复合材料 等领域的应用不断拓展，为未来智能化、多功能化的发展提 供了重要支撑。
特点与优势
特点
高分子智能材料具有感知、响应和自适应能力，能够对外界环境或刺激因素作出 快速、灵敏的响应，并表现出良好的稳定性和可重复性。
高分子智能材料全解课件
• 高分子智能材料的概述 • 高分子智能材料的挑战与解决方
01
高分子智能材料的概述
定义与分类
定义
高分子智能材料是指具有感知、响应 和自适应能力的功能材料，能够对外 界环境或刺激因素作出响应，并表现 出一定的智能行为。
分类
根据其响应方式和功能特点，高分子 智能材料可分为刺激响应型、自适应 型和生物仿生型等。
辐射接枝
利用辐射引发高分子智能材料表面上 的自由基，与其它单体进行接枝聚合。
化学镀
在高分子智能材料表面沉积金属或非 金属镀层，提高其导电性、耐腐蚀性 等性能。
04
高分子智能材料的应用领域
电子信息领域
电子信息领域是高分子智能材料应用的重要领域之一。高分子智能材料在电子信息领域中主要用于制 造电子元件、电路板、传感器、执行器等。它们具有优异的电性能、稳定性、耐高温和耐腐蚀等特性， 能够满足电子信息领域对高性能材料的需求。
智能高分子材料与仿生化ppt课件
受生物体损伤自动愈合的启 发， White组研究并报道了 一种具有自动修复裂纹能力 的聚合物材料。这种材料嵌 有内装修复剂的微胶囊，每 个微胶囊约有头发丝宽，这 些微胶囊遇到裂纹入侵时破 裂，并通过毛细作用释放修 复剂到裂纹面，修复剂接触 预先埋入环氧基体的催化剂 而引发聚合，键合裂纹面。 这种损伤诱导的引发聚合使 得裂纹修复实现了就地自动 控制
贝壳是的强、韧的最佳配 合,它又被称为摔不坏的 陶瓷。 贝壳和珍珠在断裂前能经 受较大的塑性变形，具有 优异的高韧性。其主要原 因是由于裂纹偏转、纤维 （晶片）拔出以及有机基 质桥接等各种韧化机制协 同作用的结果。而这些韧 化机制又与珍珠层的特殊 组成、结构密切相关。
针对珍珠层特有的生物特征，清华大学模仿珍珠层的两级增韧 机制，设计制备出仿珍珠层的具有较高强度和韧性的复合陶瓷。
行中的波音747飞机停下来。
6.3 天然生物材料的结构特征与仿生
一、贝壳和珍珠的层状叠片结构 与仿生
贝壳的成分主要是碳酸钙和少量的 壳基质构成，这些物质是由外套膜 上皮细胞分泌形成，透明，
有光泽，由壳基质构成，不受酸碱 的侵蚀，可保护贝壳。 ✓ 中间一层为壳层，又称棱柱层，占 贝壳的大部分，由极细的棱柱状的 方解石（CaCO3, 三方晶系）构成。 ✓ 最内一层为壳底,即珍珠质层，富光 泽，由小平板状的结构单元累积而 成、成层排列，组成成分是多角片 型系的）文。石结晶体（CaCO3, 斜方晶
由于微、纳米结构并存，大 量空气储存在这些微小的凹 凸之间，水珠只与荷叶表面 乳突的部分蜡质晶体绒毛相 接触。
2、表面各向异性
水稻叶表面存在类似于荷叶表面微/纳米结合的阶层结构， 但在水稻叶表面，乳突沿平行于叶边缘的方向排列有序， 而沿着垂直方向呈无序的任意排列，水滴在这两个方向 的滚动角也不相同，其中沿平行方向为3-5°，垂直方向 为9-15°。
第9章 智能高分子材料ppt课件
2
美国麻省理工学院田中丰一教授早在1975年就发现，当 冷却聚丙烯酰胺凝胶时，凝胶可由透明逐渐变得混浊；加 热凝胶时，它又转为透明。这类可逆过程与聚合物网络的 体积相转变有关。他进一步将离子化的部分水解聚丙烯酰 胺凝胶置于水-丙酮溶液中，发现溶剂浓度或温度的微小变 化可使凝胶突然溶胀到原来尺寸的数倍或收缩成紧缩的物 质。田中丰一的这一发现开辟了一个新的研究领域——“灵 巧凝胶”或“智能凝胶”。
这类凝胶球的体积脉冲变化和心脏的 跳动颇为相似。用显微镜观察条状凝 胶(1 mm×1 mm×20 mm)可看到数十 微米尺度的振荡。历时约5 min的化学 振荡在凝胶内可诱发连续的化学波， 使凝胶长度方向上的颜色发生变化， 每次振荡形成的图案等速迁移6 mm。 人们期望将此系统用于微驱动元件、 微泵及与细胞循环或人生物律动同步 的系统。
该智能水凝胶以液状滴入眼后响应眼内的较高温度变得粘稠， 又由于具有对剪切的敏感性，当每次眨眼时又变成流体状，从 而在眼内完全铺展开，保持药物释放数小时。
21
9.4.3.2仿分泌颗粒体释放 分泌细胞含有由聚阴离子网络组成的亚微颗粒体，在水合
氢离子和弱碱性阳离子存在时收缩。作为许多颗粒体结合内源 介体(如组胺、5-羟色胺和蛋白酶)的渗透内存载体，该网络被 埋于脂质膜中。细胞颗粒体响应外界生物化学信号时可分泌此 类物质。
胆甾醇印迹聚合物
葡萄糖敏感P(MMA-g-PEG)凝胶作用机理 15
9.3.2.3振荡反应响应
日本学者开发了响应内源刺激的凝胶。他们将典型 的振荡反应——பைடு நூலகம்elousov-Zhabotinsky(Bz)反应催化 剂钌以三(2，2’-双吡啶) 钌(Ru(bpy)3 )的乙烯基取代 衍生物形式引入到温敏性聚异-丙基丙烯酰胺 (PNIPAAm )凝胶中制备了自振荡凝胶。
美国麻省理工学院田中丰一教授早在1975年就发现，当 冷却聚丙烯酰胺凝胶时，凝胶可由透明逐渐变得混浊；加 热凝胶时，它又转为透明。这类可逆过程与聚合物网络的 体积相转变有关。他进一步将离子化的部分水解聚丙烯酰 胺凝胶置于水-丙酮溶液中，发现溶剂浓度或温度的微小变 化可使凝胶突然溶胀到原来尺寸的数倍或收缩成紧缩的物 质。田中丰一的这一发现开辟了一个新的研究领域——“灵 巧凝胶”或“智能凝胶”。
这类凝胶球的体积脉冲变化和心脏的 跳动颇为相似。用显微镜观察条状凝 胶(1 mm×1 mm×20 mm)可看到数十 微米尺度的振荡。历时约5 min的化学 振荡在凝胶内可诱发连续的化学波， 使凝胶长度方向上的颜色发生变化， 每次振荡形成的图案等速迁移6 mm。 人们期望将此系统用于微驱动元件、 微泵及与细胞循环或人生物律动同步 的系统。
该智能水凝胶以液状滴入眼后响应眼内的较高温度变得粘稠， 又由于具有对剪切的敏感性，当每次眨眼时又变成流体状，从 而在眼内完全铺展开，保持药物释放数小时。
21
9.4.3.2仿分泌颗粒体释放 分泌细胞含有由聚阴离子网络组成的亚微颗粒体，在水合
氢离子和弱碱性阳离子存在时收缩。作为许多颗粒体结合内源 介体(如组胺、5-羟色胺和蛋白酶)的渗透内存载体，该网络被 埋于脂质膜中。细胞颗粒体响应外界生物化学信号时可分泌此 类物质。
胆甾醇印迹聚合物
葡萄糖敏感P(MMA-g-PEG)凝胶作用机理 15
9.3.2.3振荡反应响应
日本学者开发了响应内源刺激的凝胶。他们将典型 的振荡反应——பைடு நூலகம்elousov-Zhabotinsky(Bz)反应催化 剂钌以三(2，2’-双吡啶) 钌(Ru(bpy)3 )的乙烯基取代 衍生物形式引入到温敏性聚异-丙基丙烯酰胺 (PNIPAAm )凝胶中制备了自振荡凝胶。
智能高分子材料
三、光敏感性材料
• 接受光照后--→高分子结构异构化 接受光照后-- 高分子结构异构化 ---→本身长度变化 -- 本身长度变化 --→对溶剂的溶胀性发生变化 对溶剂的溶胀性发生变化。 -- 对溶剂的溶胀性发生变化。 • 这类材料的特征是高分子的主链或侧链 上有接受光照可发生异构化的结构。 上有接受光照可发生异构化的结构。典 型的如偶氮苯、三苯甲烷等。 型的如偶氮苯、三苯甲烷等。
第二节 对于特异刺激敏感的高分子 智能凝胶
• 一、葡萄糖敏感型材料
例如：在pH值敏感型高分子组葡萄糖氧化酶后，葡萄糖浓度高时， 内包埋葡萄糖氧化酶后，葡萄糖浓度高时， 葡萄糖受葡萄糖氧化酶的作用变成葡萄糖 凝胶内的pH值降低。 pH值降低 酸，凝胶内的pH值降低。而凝胶本身又因 pH值的降低而溶胀 值的降低而溶胀， pH值的降低而溶胀，从而释放出内部所储 存的胰岛素。 存的胰岛素。
• 二、抗原敏感型材料
第三节 对多重刺激敏感的智能 高分子凝胶
对多种刺激条件敏感的凝胶可分为两种情况： 对多种刺激条件敏感的凝胶可分为两种情况： 一种是多种刺激条件中任一种存在即起作用； 一种是多种刺激条件中任一种存在即起作用； 另一种是多种刺激条件同时存在才起作用。 另一种是多种刺激条件同时存在才起作用。 研究发现形成网络互穿（IPN） 研究发现形成网络互穿（IPN）结构是实现复合 型刺激敏感系统的关键。因为形成IPN IPN结构的两 型刺激敏感系统的关键。因为形成IPN结构的两 种高分子材料可以通过网络互穿结构互相保护， 种高分子材料可以通过网络互穿结构互相保护， 单一刺激条件不能使凝胶破坏， 单一刺激条件不能使凝胶破坏，它们各自的破 坏条件同时存在才能使凝胶被破坏。 坏条件同时存在才能使凝胶被破坏。
四、电场敏感型材料
智能高分子PPT课件
形状记忆高分子聚合物是Et本十年前率先开发出来的，属于 弹性记忆材料，形状记忆高分子 是一种新型的功能高分子材 料。
形状记忆高分子材料已广泛应用于航空航天、电子通讯、机 械制造、能源输送、医疗卫生等领 域。近年来，日、美、法 等国家不断有新的形状记忆高分子问世 ，我国也在这一领域 进行了大量的研究探索。
智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料 之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向 之一，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材 料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功 能多样化。
什么是智能材料
一般说来，智能材料有七大功能，即传感功能、反馈功能 、信息识别与积累功能、响应功能、自诊断能力、自修复 能力和自适应能力。
申
具有形状记忆功能的高分子材料
形状记忆效应：
一定外界 条件下， 使材料成 为某形状 （起始态）
外界作用
环境因素（热、PH值、电、 磁等）刺激使材料应答
得到固定形状（固 定态）
高分子材料的形态记忆功能由其特殊的内部结构所决定。
• 在其内部存在着互相结合成网状的架桥,架桥的存在使高 分子链间不发生滑动。
从人类发展的历史证明，每一种重要材料的发现和利用，都 会把人类与自然和谐相处的能力提高到一个新的水平，给社 会生产力和人类生活带来巨大的变化，把人类物质文明和精 神文明向前推进一步。可以肯定的说，终有一天各种各样实 用的智能材料会大量出现在我们的面前。
随着新催化剂的研究和新的合成工艺以及纳米技术研究的深 入，在分子、甚至原子水平上实现材料的功能结构设计、复 合与加工生产成为可能。
• 把它加热到高于Tg 温度使之变形后,再冷却至室温,由于高 分子链运动变形使之保持一定状态。
形状记忆高分子材料已广泛应用于航空航天、电子通讯、机 械制造、能源输送、医疗卫生等领 域。近年来，日、美、法 等国家不断有新的形状记忆高分子问世 ，我国也在这一领域 进行了大量的研究探索。
智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料 之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向 之一，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材 料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功 能多样化。
什么是智能材料
一般说来，智能材料有七大功能，即传感功能、反馈功能 、信息识别与积累功能、响应功能、自诊断能力、自修复 能力和自适应能力。
申
具有形状记忆功能的高分子材料
形状记忆效应：
一定外界 条件下， 使材料成 为某形状 （起始态）
外界作用
环境因素（热、PH值、电、 磁等）刺激使材料应答
得到固定形状（固 定态）
高分子材料的形态记忆功能由其特殊的内部结构所决定。
• 在其内部存在着互相结合成网状的架桥,架桥的存在使高 分子链间不发生滑动。
从人类发展的历史证明，每一种重要材料的发现和利用，都 会把人类与自然和谐相处的能力提高到一个新的水平，给社 会生产力和人类生活带来巨大的变化，把人类物质文明和精 神文明向前推进一步。可以肯定的说，终有一天各种各样实 用的智能材料会大量出现在我们的面前。
随着新催化剂的研究和新的合成工艺以及纳米技术研究的深 入，在分子、甚至原子水平上实现材料的功能结构设计、复 合与加工生产成为可能。
• 把它加热到高于Tg 温度使之变形后,再冷却至室温,由于高 分子链运动变形使之保持一定状态。
《绿色和智能高分子》幻灯片PPT
有机酸
氧气 微生物
二氧化碳
分解酶
水
地膜
保温效果好。 60天左右出现裂纹。 80-90天出现大裂崩解。 三个月后失重率达60-80%。
当年，地表地膜降解为粉末状。 地下地膜分子量和强度下降50%。
最终被微生物吞噬，放出二氧化 碳和水，对土壤和作物无毒无害。
容器包装材料
目前使用较多的就 是现有包装材料 〔聚乙烯、聚丙烯〕 中参加淀粉等生物 降解剂使其容易降 解。
4.生物降解高分子的分类：
〔1〕 完全生物降解高分子 在微生物作用下，在一定时间里完 全分解成二氧化碳和水的化合物。
〔2〕 生物破坏性高分子 在微生物的作用下，高分子仅能被 分解为散乱碎片。
5.高分子构造与降解性的关系
易降解高分子构造
直链 柔软 脂肪族 低相对分子量 亲水性 外表粗糙
难降解高分子构造
1.概念：指高分子材料在一定的条件下 会自动分解、消失。
2.原因：高分子材料的化学构造发生显
3.
著的变化，造成某些性能下降，
4.
能被生物体侵蚀或代谢而降解。
3.过程
〔1〕高分子材料的外表被微生物粘附。
〔2) 在微生物分泌的酶的作用下，高分 子断裂成相对小的分子碎片。
〔3〕微生物吸收或消耗碎片，经代谢最 终形成二氧化碳和水等。
生质塑料PLA合成应用再循环
Kanepearl-EPS 日本三菱油化公司
国外生质材料开展
生物可分解的 Walkman (SONY)
❖ 据统计，中国目前电视机、洗衣机、电冰箱、空调器、 电脑五大类家电的社会保有量超过10亿台，按家电正 常使用寿命10—15年计算，每年将产生3000多万台 报废电器。专家称，通过立法建立符合循环经济要求 的电子废弃物回收处理体系已成当务之急。
第4章智能高分子材料课件
质子化程度相应改变，导致聚合物网络
结构单元的离子键或氢键状态改变；
18
(1) pH敏感性凝胶 ★聚丙烯酸（羧基电离） 高pH值：溶胀 低pH值：收缩 ★壳聚糖 (CS － NH2) 与聚丙二醇聚醚 (PE) 的半 互穿聚合物
冷却 加热
混浊
★离子化的部分水解聚丙烯酰胺凝胶置于水－丙酮溶 液中 随溶剂浓度和温度变化，凝胶溶胀或收缩数倍。
新的研究领域：灵巧凝胶、智能凝胶
4
智能高分子材料的研究内容：
(1)智能高分子凝胶 ——刺激响应性高分子凝胶 受到环境刺激时会随之响应，发生结构、物
理性质、化学性质变化的凝胶。
单一响应性 —— 压力、温度、光强、电 ( 磁 ) 场、 组成、pH值、离子强度、特异 的化学物质刺激； 双(多)重响应性——热-光、磁－热、pH值－离 子刺激等。
13
(2)光敏感性凝胶Fra bibliotek由于光辐射(光刺激)而发生体积相转变的凝胶
机理一：聚合物链上的光敏感分子的经光辐照后 发生光异构化，伴随几何结构的改变， 发生不连续的相转变。
机理二：光敏感分子发生光解离作用 ( 即遇光分解 产生的离子化 ) ，使凝胶内外离子浓度差 改变，造成凝胶渗透压突变，促使凝胶发 生溶胀做出光响应。
接触电场：部分水解的聚丙烯酰胺凝胶浸入50% 的丙酮水溶液中 非接触电场：聚乙烯醇(PVA)与聚丙烯酸(PAA) 共混物弯曲
应用：化学开关、药物释放体系、人工肌肉 17
4.3.2 化学刺激响应性
(1) pH敏感性凝胶
随pH值的变化发生溶胀或收缩的凝胶。 结构特征：网络中含有大量易水解或质子化的 酸、碱基团(如羧基或氨基)。 机理：随外界 pH 值变化，酸、碱基团的解离或
《智能高分子材料》课件
智能高分子材料的应用
智能高分子材料在各个领域具有广泛的应用。
应用范围
智能高分子材料可以应用于多个领域，包括生 物医学、环境保护和智能化机械等领域。
生物医学领域中的应用
智能高分子材料可以用于药物传递、组织工程 和生物传感器等方面。
环境保护领域中的应用
智能高分子材料可以用于水处理、污染监测和 环境修复等领域。
随着科技的进步和需求的不断增更广泛的应用前景。
3
挑战与机遇
智能高分子材料的研究面临着一些技术 挑战，但同时也带来了许多创新和商业 机会。
总结
智能高分子材料具有许多优势，并且在未来的发展中有着广阔的前景。发挥 智能高分子材料在各个领域中的作用将促进科技创新和社会进步。
《智能高分子材料》PPT课件
什么是智能高分子材料
智能高分子材料具有高分子材料的特点，但其特殊之处在于可以根据外界刺激作出相应的变化，具备某种可控、 可调节性质。
智能高分子材料的分类
智能高分子材料可以根据响应方式、响应机理和功能进行分类。 • 根据响应方式分类 • 根据响应机理分类 • 根据功能分类
智能化机械领域中的应用
智能高分子材料可以用于机械传动、变形控制 和智能感知等方面。
智能高分子材料的研究进展
智能高分子材料的研究一直在不断取得进展，涉及最新的研究成果、发展趋势以及面临的挑战与机遇。
1
最新研究成果
通过不断的研究和创新，智能高分子材
发展趋势
2
料的应用领域不断拓展，并取得了许多 重要的研究成果。
智能高分子材料讲解PPT课件
加热
将其冷却到可逆相结晶硬化的温度以下，材料保待A 形状。 ——SMP没有双程记忆效应
第12页/共96页
热致形状记忆反应过程简图
第13页/共96页
8.5.3光致SMP
• 一定方式引入光致变色基团，光照时候，基团发生异构反应传递给侧链，引发宏 观变形，光照取消后，可逆反应
第14页/共96页
8.5.3光致SMP
形状记忆聚合物(SMP)
具有初始形状的聚合物制品经形变固定后， 通过加热等外部刺激手段的处理又可恢复初始形 状的聚合物。
优点：形变量大、形变加工方便、形状恢复温度易 于调整、电绝缘性和保温效果好、不生锈、 易着色、可印刷、质轻、耐用、价格低廉。
缺点：强度低、形变恢复驱动力小、刚性和硬度低、 稳定性差、性能易受外部环境的物理、化学 因素的影响，易燃烧、耐热性差、易老化、 使用寿命短。
第15页/共96页
8.5.3光致SMP
第16页/共96页
热致SMP与SMA的形状记忆效果比较：
(1)SMA的形变量低，一般在l0％以下，而SMP较高， 形状记忆聚氨酯和TPI均高于400％。
(2)SMP的形状恢复温度可通过化学方法调整；如形 状记忆聚氨酯的恢复温度范围为30－70℃，具体 品种的SMA的形状恢复温度一般是固定的。
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
第6页/共96页
8.5.2 热致SMP 在室温以上一定温度变形并能在室温固定形变且
长期存放，当再升温至某一特定响应温度时，能很快 回复初始形状的聚合物。
两相结构：固定相＋可逆相
固定相：聚合物交联结构或部分结晶结构，在工作温 度范围内保持稳定，用以保持成型制品形状 即记忆起始态。
第4章智能高分子材料(共33张PPT)
生溶胀和收缩。
机理：将铁磁体“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。
制备：将微细镍针状结晶置于预先形成的凝胶中； 以聚乙烯醇涂着于微米级镍薄片上，与单体溶液 混合后再聚合成凝胶。
14
(4)电场敏感性凝胶
在电场刺激下，能产生溶胀和收缩并将电能转变 为机械能的凝胶.
机理：将铁磁体“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。
刺激； 污泥脱水——聚乙烯基甲基醚(PVME)凝胶海绵吸收污泥中的水分，污泥脱水后得到浓缩，别离再生吸水溶胀的凝胶可循环利用。
双(多)重响应性——热-光、磁－热、pH值－离子刺 激等。
4
(2)智能药物释放体系 当药物所在环境发生变化时，体系能够感知并做出相
受到环境刺激时会随之响应，发生结构、物理 作自动调光玻璃。
●凝胶内不同部位pH值不同，从而影响凝胶中聚电解质电离状态，使凝胶结构发生变化，产生变形
温度低于LCST时溶胀，高于LCST时收缩。
性质、化学性质变化的凝胶。 体积发生变化的临界转化温度——低临界溶解温度(lower critical solution temperatureture，LCST)。
11
高温收缩型 温度低于LCST时溶胀，高于LCST时收缩。
★聚异丙基丙烯酰胺(PNIPA)
机理：疏水基团的疏水作用。 低温收缩型
温度低于LCST时收缩，高于LCST时溶胀。
★聚丙烯酸(PAAC)和聚N, N－二甲基丙烯酰胺
(PDMAAM)网络互穿形成的聚合物水凝胶
机理：氢键的形成与断裂。
12
(2)光敏感性凝胶 由于光辐射(光刺激)而发生体积相转变的凝胶
机理：将铁磁体“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。
制备：将微细镍针状结晶置于预先形成的凝胶中； 以聚乙烯醇涂着于微米级镍薄片上，与单体溶液 混合后再聚合成凝胶。
14
(4)电场敏感性凝胶
在电场刺激下，能产生溶胀和收缩并将电能转变 为机械能的凝胶.
机理：将铁磁体“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。
刺激； 污泥脱水——聚乙烯基甲基醚(PVME)凝胶海绵吸收污泥中的水分，污泥脱水后得到浓缩，别离再生吸水溶胀的凝胶可循环利用。
双(多)重响应性——热-光、磁－热、pH值－离子刺 激等。
4
(2)智能药物释放体系 当药物所在环境发生变化时，体系能够感知并做出相
受到环境刺激时会随之响应，发生结构、物理 作自动调光玻璃。
●凝胶内不同部位pH值不同，从而影响凝胶中聚电解质电离状态，使凝胶结构发生变化，产生变形
温度低于LCST时溶胀，高于LCST时收缩。
性质、化学性质变化的凝胶。 体积发生变化的临界转化温度——低临界溶解温度(lower critical solution temperatureture，LCST)。
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高温收缩型 温度低于LCST时溶胀，高于LCST时收缩。
★聚异丙基丙烯酰胺(PNIPA)
机理：疏水基团的疏水作用。 低温收缩型
温度低于LCST时收缩，高于LCST时溶胀。
★聚丙烯酸(PAAC)和聚N, N－二甲基丙烯酰胺
(PDMAAM)网络互穿形成的聚合物水凝胶
机理：氢键的形成与断裂。
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(2)光敏感性凝胶 由于光辐射(光刺激)而发生体积相转变的凝胶
智能高分子材料专业外语PPT
Polymer materials
Intelligence polymer materials
MADE IN CHINA By Mac
What is intelligence polymer materials?
It is a very important part of the intelligence materials. Through the method of molecular design and organic synthesis, to make material itself has an advanced function that biology have. All in all，it is a new functional materials that can feel stimulation of outside and judge
Memory alloy
Memory alloy changes from complex diamond crystal structure to simple cubic crystal structure. So it can memorize its shape.
It produces huge force when the memory alloy restsearchers of American University of California have invented a kind of man-made muscle ,it can heal itself and generate electric .
The man-made muscle can be used for making walking robots and develop better prosthesis.
Intelligence polymer materials
MADE IN CHINA By Mac
What is intelligence polymer materials?
It is a very important part of the intelligence materials. Through the method of molecular design and organic synthesis, to make material itself has an advanced function that biology have. All in all，it is a new functional materials that can feel stimulation of outside and judge
Memory alloy
Memory alloy changes from complex diamond crystal structure to simple cubic crystal structure. So it can memorize its shape.
It produces huge force when the memory alloy restsearchers of American University of California have invented a kind of man-made muscle ,it can heal itself and generate electric .
The man-made muscle can be used for making walking robots and develop better prosthesis.
智能高分子材料专业外语PPT
The research and application of intelligence materials will lead to the important revolution of materials science.
Man-made muscle
Researchers of American University of California have invented a kind of man-made muscle ,it can heal itself and generate electric .
The man-made muscle can be used for making walking robots and develop better prosthesis.
then judge and deal with these information.
Prospect
The research of intelligence polymer materials has concerned lots of basic theory about information、electron、 life science、universe、ocean science and so on. It becomes one of the direction of polymer materials.
Polymer materials
Intelligence polymer materials
MADE IN CHINA By Mac
What is intelligence polymer materials?
It is a very important part of the intelligence materials. Through the method of molecular design and organic synthesis, to make material itself has an advanced function that biology have. All in all，it is a new functional materials that can feel stimulation of outside and judge
Man-made muscle
Researchers of American University of California have invented a kind of man-made muscle ,it can heal itself and generate electric .
The man-made muscle can be used for making walking robots and develop better prosthesis.
then judge and deal with these information.
Prospect
The research of intelligence polymer materials has concerned lots of basic theory about information、electron、 life science、universe、ocean science and so on. It becomes one of the direction of polymer materials.
Polymer materials
Intelligence polymer materials
MADE IN CHINA By Mac
What is intelligence polymer materials?
It is a very important part of the intelligence materials. Through the method of molecular design and organic synthesis, to make material itself has an advanced function that biology have. All in all，it is a new functional materials that can feel stimulation of outside and judge
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服装 保温系统，传感/执 行系统，生物医用压力 绷带
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
智能高分子膜
集成传感器、信息处理器和功 能驱动器，多学科交叉产物
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
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
化学、相分离、形状、 响 表面、渗透性、机械强度 应
光、电
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
12
智能高分子凝胶的应用--调光材料&组织培养
溶胀收缩循环
低温透明
调光材料
高温白浊 化
细胞
组织培养
13
智能高分子凝胶的应用--化学机械器件
循环提供的动力
毛自 状振 传动 动凝 装胶 置作
• 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。
• 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
高分子凝胶的三 维网状结构
9
智能高分子凝胶的体积相转变
外界环境因子的变化
溶胀相
收缩相
体积不连续变化
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
➢ 制备方法： 化学引发剂
单体的交联聚合 辐射技术引发
自由基均聚
单 或共聚 智能
体
凝胶
接枝共聚
烯烃类
单体
其它交联或转化等
共价 连接
天然高分子（淀粉纤维 素）及衍生物
11
智能高分子凝胶的刺激响应性与分类
刺激响应性
物理刺激
温度 光 压力 电场
化学刺激
刺 pH 激
生化
盐
分类
pH响应性凝胶 生化响应性凝胶 盐敏凝胶
A. Lendlein and S. Kelch. Angew. Chem. Int. Ed. 2002, 41, 2034 - 2057
18
热致形状记忆反应过程
T. Ohki et al. Composites: Part A 35 1066 ,2004, 1065–1073
19
热致形状记忆高分子种类
智能高分子材料
主要内容
智能高分子材料概述 智能高分子材料的分类及应用 展望
2
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。
环 境
图1 智能材料的感知 功能和执行功能
感知
温度 压力
电场 磁场
湿度
声
位置
光辐射
速度
化学辐射
加速度 生物环境
反
馈
响应
系 统
机械响应
液体运动
• 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
20
热致形状记忆高分子的应用1
医疗器材-固定创伤部位的器材
医疗器材-手术缝合线
A., Lendlein and R, Robert L. Science, 2002, 296, 1673-1676.
21
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
A. Kikuchi, T. Okano. Advanced Drug Delivery Reviews, 2002, 54, 53 –77.
15
杨少华. 化工新型材料，2003，31，5-7.
智能高分子凝胶的应用--环境工程
溶胀收缩循环
Robert, P. Advance in Colloid and Interface Sci , 2000 , 85 ,32 -33
10
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
成
Poly(NIPAAm-co-Ru(bpy)3)
R.,Yoshida. et al. Science and technology of Advanced materials, 2002, 3, 95-102
14
智能高分子凝胶的应用--智能药物释放系统
刺激响应脉冲释放
Байду номын сангаас
网孔的可控性
释放机理
❖葡萄糖响应高分子配合 物形成的胰岛素释放微囊
热致形状记忆高分子的应用2
异径管接合材料---热收缩管
22
热致形状记忆高分子的应用3
●包装材料 ●变形物的复原，如紧固铆钉等
23
展望
➢加快响应速率 ➢仿生化 以细胞作为蓝本, 向生物体的多重功能逼近、 功能上接近甚至超过生物体组织 ➢模糊化
电流流动
物理性能
功率擦控制 化学行为 生理行为
3
智能材料应具有的或部分具有的生物功能
有反馈系统 有信息积累和识别功能 有学习能力和预见性功能 有响应功能 有自修复功能 有自诊断功能 有自动态平衡和自适应功能
4
具有上述结构形式的材料系统，就会可能体现 或部分体现下列只能特性
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。
5
智能金属材料
智能材料
智能无机非金属材料
智能高分子材料
优点
集感知、驱动和信息处理于一 体，形成类似生物材料那样具 有智能属性的高分子材料
多水平结构层次 较弱的分子间作用力
利于感知判断环境 实现环境响应
侧链易引入官能团
便于分子设计和精细控制
质轻易涂覆
6
智能高分子材料的一般分类及应用
类别
记忆功能高分子材料
性质
对应力形状体积色泽等有记忆 效应
应用
医用材料，包装材料织 物材料，热收缩管
智能纤维织物
智能高分子凝胶
聚乙二醇与各种纤维共混物热 适应性， 可逆收缩性
三维高分子网络与溶剂组成的 体系，体积相转变
凝胶用于污泥脱水过程
16
智能高分子材料--记忆高分子材料
• 定义 • 反应过程 • 种类 • 应用
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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 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
选择透过膜材，传感膜 材，仿生膜材，人工7肺
智能高分子材料--智能高分子凝胶
定义 体积相转变 制备 刺激响应性与分类 应用
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智能高分子凝胶
• 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，由于它是一种三维网络立体结构，因此 它不被溶剂溶解，同时分散在溶剂中并能保持一定的 形状。