清华大学-精细高分子材料-lecture6
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3信息处理和执行：对智能化的关键是对多输入多输出的 信息的处理，信息处理使得结构具有演绎能力、归纳能力 和决策能力。可采用多种现代模式识别方法，如人工神经 网络法等。
智能高分子凝胶：
高分子凝胶是高分子在溶剂中的三维网络，其高分子 主链和侧链上一般带有离子解离性、亲水性和疏水性 的基团，类似生物体组织，这种高分子凝胶可随溶剂 的种类、温度、盐浓度、pH值以及电场变化而发生相 应的体积变化，实现化学能向机械能的转变。由于网 络结构而能溶胀导致体积变化，其推动力为渗透压。
结构分析：
IR：1620和812cm-1处出现了丙烯酸酯基上双键特征峰。
1H NMR：1.0 ppm (－C(CH2)2CH3), 2.0 ppm (－
benzene－CH3), 3.6 ppm (-CH2CH2O), 4.1 ppm (-
N7H.C0O～O-7C.H22CpHp2mO)(,Ar5-.H9)～, 67..34
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
UAA code
Composition for synthesis of UAA
PEG molecule DMPA/PEG/TDI/HPA
weight
(molar ratio)
1
400
0.7/0.3/1.35/0.77
2
600
0.7/0.3/1.2/0.44
3
600
0.7/0.3/1.35/0.77
实例：刺激响应性聚氨酯基水凝胶
聚氨酯材料独特性能： 1优良的力学性能； 2结构易调节； 3已广泛应用于涂料、粘合剂、泡沫塑料、橡胶等； 4良好的生物相容性，具有生物体应用的条件。
我们的工作： 快响应性聚氨酯膜材料； pH及温度双重敏感性凝胶； 两性凝胶
1 快响应性聚氨酯膜材料
分三步合成预聚物：
S R( %)
图1 pH＝3水溶液中不同厚度膜的SR随时间变化
70 60 50 40 30 20 10 0
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Time (min)
S R ( )%
图2 pH＝7水溶液中不同厚度膜的SR随时间变化
120 100 80 60 40 20
0 0 5 10 15 20 25 30 35
不同信号刺激： 化学信号：pH响应性凝胶、化学物质响应性凝胶； 物理信号：温敏性、光敏性、电活性、磁场活性凝胶。
应用： 化学阀、光阀、传感器、记忆元件、显示装置、人工 肌肉、执行元件和药物释放系统等。
发展趋势： 提高响应速度；提高凝胶强度等
展望： 智能材料具有传感、处理、执行三重功能及对环境的 判断、自反馈响应特性，赋予材料新的物性和功能， 目前发展还处于初级阶段，距生物体功能还差很远。
Time (min)
图3 pH＝11水溶液中不同厚度膜的SR随时间变化
SR/ 180 %
150
120
90
60
30
0 0
智能高分子材料
是指能够感知和接受外部环境的信息，如声光电磁 等，并可根据环境变化自动改变自身形态，作出反 应的一类新型高分子材料。它同时具备传感、控制 和驱动三重功能，它能通过自身的感知，进行信息 处理，发出指令并执行和完成动作，从而达到自检 测、自诊断、自监控、自修复、自校正和自适应的 功能。
清华大学-精细高分子材料-lecture6
第6讲
智能高分子 高分子催化剂
智能高分子材料
1定义 智能材料系统定义：内在建立的或固有的传感器、
处理器、控制器或执行器，使它能感受刺激、处理 信息，然后以预定的方式作出响应并能维持一段适 当的时间；当刺激消失时，又返回它的起始状态。
1989年，日本高木俊宜认为智能高分子属于智能材 料范畴，智能材料是指对环境可感知，且可响应， 并且具有功能发现能力的新材料。
ppm ppm
(acrylic (N-H)
CH2=CH-),
DSC：Tg为－22.37℃
固化膜制备：
UV照射（预聚物＋二苯甲酮）体系，得不同厚度的固 化膜。
固化反应证明：
IR： 1620和812cm-1处吸收峰消失，DSC：Tg为70.33 ℃
Table 1 Influence of the UAA composition on the swelling ratio of the cured films
可采用TDI或HDI HPA：丙烯酸－2－羟乙基酯 合成示意图：
CH3 NCO
CH3
HO(2CCHH 2O)n+H
+ HOCH2CC2HOH
NCO
COOH
OCN
NCOHPA CH 2=CHCO
OCCH2=
COOHCOOH N(E3 t)
O
CO-O HN +(E3t)
C HO N +(-E O3tO )
2 智能材料由三部分组成
1驱动元件：首先需要识别外界参数，通过分析、判断， 然后行动，其中行动是通过驱动元件来实现的，它能构自 适应地改变结构形状、应力状态固有频率等。要求驱动元 件与基体树脂很好结合，驱动元件在反复刺激下，保持性 能稳定，响应速度快并能控制。
2传感元件：利用传感元件来感受各种信息，结果处理分 析，然后指示和控制驱动元件工作。要求尺寸小、性能可 靠、响应宽等。
4
600
0.7/0.3/1.5/1.1
5
1000
0.7/0.3/1.2/0.44
6
1000
0.7/0.3/1.35/0.77
7
1000
0.7/0.3/1.5/1.1
SR of the cured film (%)
pH=3 pH=7 pH=11
28.1 103.6 130.2 61.7 241.4 263.5 50.7 169.0 179.4 40.2 93.5 130.8 73.3 372.3 709.8 67.5 357.3 614.4 65.7 340.2 550.5
自然界的生物，如海参，主要是具有原始器官的水凝 胶；高级动物复杂的肌肉及腱。
两种平衡力共同作用：溶剂渗入网络及网络的弹性收 缩，作用相互抵消时，即达到平衡。渗透压是溶胀的 推动力。
高分子凝胶中的几种作用力： 范德华力：存在非极性有机溶剂体系的凝胶中 氢键：氢键导致凝胶收缩，温度升高时氢键破坏 静电相互作用力：两性凝胶在中性收缩，酸或碱性下均溶 胀 疏水相互作用力：存在于疏水基团间，导致分子链相互吸 引
智能高分子凝胶：
高分子凝胶是高分子在溶剂中的三维网络，其高分子 主链和侧链上一般带有离子解离性、亲水性和疏水性 的基团，类似生物体组织，这种高分子凝胶可随溶剂 的种类、温度、盐浓度、pH值以及电场变化而发生相 应的体积变化，实现化学能向机械能的转变。由于网 络结构而能溶胀导致体积变化，其推动力为渗透压。
结构分析：
IR：1620和812cm-1处出现了丙烯酸酯基上双键特征峰。
1H NMR：1.0 ppm (－C(CH2)2CH3), 2.0 ppm (－
benzene－CH3), 3.6 ppm (-CH2CH2O), 4.1 ppm (-
N7H.C0O～O-7C.H22CpHp2mO)(,Ar5-.H9)～, 67..34
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
UAA code
Composition for synthesis of UAA
PEG molecule DMPA/PEG/TDI/HPA
weight
(molar ratio)
1
400
0.7/0.3/1.35/0.77
2
600
0.7/0.3/1.2/0.44
3
600
0.7/0.3/1.35/0.77
实例：刺激响应性聚氨酯基水凝胶
聚氨酯材料独特性能： 1优良的力学性能； 2结构易调节； 3已广泛应用于涂料、粘合剂、泡沫塑料、橡胶等； 4良好的生物相容性，具有生物体应用的条件。
我们的工作： 快响应性聚氨酯膜材料； pH及温度双重敏感性凝胶； 两性凝胶
1 快响应性聚氨酯膜材料
分三步合成预聚物：
S R( %)
图1 pH＝3水溶液中不同厚度膜的SR随时间变化
70 60 50 40 30 20 10 0
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Time (min)
S R ( )%
图2 pH＝7水溶液中不同厚度膜的SR随时间变化
120 100 80 60 40 20
0 0 5 10 15 20 25 30 35
不同信号刺激： 化学信号：pH响应性凝胶、化学物质响应性凝胶； 物理信号：温敏性、光敏性、电活性、磁场活性凝胶。
应用： 化学阀、光阀、传感器、记忆元件、显示装置、人工 肌肉、执行元件和药物释放系统等。
发展趋势： 提高响应速度；提高凝胶强度等
展望： 智能材料具有传感、处理、执行三重功能及对环境的 判断、自反馈响应特性，赋予材料新的物性和功能， 目前发展还处于初级阶段，距生物体功能还差很远。
Time (min)
图3 pH＝11水溶液中不同厚度膜的SR随时间变化
SR/ 180 %
150
120
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0 0
智能高分子材料
是指能够感知和接受外部环境的信息，如声光电磁 等，并可根据环境变化自动改变自身形态，作出反 应的一类新型高分子材料。它同时具备传感、控制 和驱动三重功能，它能通过自身的感知，进行信息 处理，发出指令并执行和完成动作，从而达到自检 测、自诊断、自监控、自修复、自校正和自适应的 功能。
清华大学-精细高分子材料-lecture6
第6讲
智能高分子 高分子催化剂
智能高分子材料
1定义 智能材料系统定义：内在建立的或固有的传感器、
处理器、控制器或执行器，使它能感受刺激、处理 信息，然后以预定的方式作出响应并能维持一段适 当的时间；当刺激消失时，又返回它的起始状态。
1989年，日本高木俊宜认为智能高分子属于智能材 料范畴，智能材料是指对环境可感知，且可响应， 并且具有功能发现能力的新材料。
ppm ppm
(acrylic (N-H)
CH2=CH-),
DSC：Tg为－22.37℃
固化膜制备：
UV照射（预聚物＋二苯甲酮）体系，得不同厚度的固 化膜。
固化反应证明：
IR： 1620和812cm-1处吸收峰消失，DSC：Tg为70.33 ℃
Table 1 Influence of the UAA composition on the swelling ratio of the cured films
可采用TDI或HDI HPA：丙烯酸－2－羟乙基酯 合成示意图：
CH3 NCO
CH3
HO(2CCHH 2O)n+H
+ HOCH2CC2HOH
NCO
COOH
OCN
NCOHPA CH 2=CHCO
OCCH2=
COOHCOOH N(E3 t)
O
CO-O HN +(E3t)
C HO N +(-E O3tO )
2 智能材料由三部分组成
1驱动元件：首先需要识别外界参数，通过分析、判断， 然后行动，其中行动是通过驱动元件来实现的，它能构自 适应地改变结构形状、应力状态固有频率等。要求驱动元 件与基体树脂很好结合，驱动元件在反复刺激下，保持性 能稳定，响应速度快并能控制。
2传感元件：利用传感元件来感受各种信息，结果处理分 析，然后指示和控制驱动元件工作。要求尺寸小、性能可 靠、响应宽等。
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0.7/0.3/1.5/1.1
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0.7/0.3/1.2/0.44
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0.7/0.3/1.35/0.77
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0.7/0.3/1.5/1.1
SR of the cured film (%)
pH=3 pH=7 pH=11
28.1 103.6 130.2 61.7 241.4 263.5 50.7 169.0 179.4 40.2 93.5 130.8 73.3 372.3 709.8 67.5 357.3 614.4 65.7 340.2 550.5
自然界的生物，如海参，主要是具有原始器官的水凝 胶；高级动物复杂的肌肉及腱。
两种平衡力共同作用：溶剂渗入网络及网络的弹性收 缩，作用相互抵消时，即达到平衡。渗透压是溶胀的 推动力。
高分子凝胶中的几种作用力： 范德华力：存在非极性有机溶剂体系的凝胶中 氢键：氢键导致凝胶收缩，温度升高时氢键破坏 静电相互作用力：两性凝胶在中性收缩，酸或碱性下均溶 胀 疏水相互作用力：存在于疏水基团间，导致分子链相互吸 引