智能高分子与高分子凝胶

可直接有目的地展开抢救。
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3 智能高分子材料的应用与发展
美国科学家将对眼睛友好的透明材料同微电子结合 在一起，研制出了一种新式智能隐形眼镜，该眼镜 可监测罹患糖尿病的佩戴者血糖浓度。
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3 智能高分子材料的应用与发展
新加坡研究人员发明一款智能玻璃窗，它是将一种透 明导电薄膜夹在两层玻璃之间，通电后导电薄膜发挥 作用。阳光强时呈蓝色，20%光线通过，95%的热辐 射被反射回去；光线弱时，100%光线通过。用这种 玻璃制作的窗户在白天可以转变成蓝色，减少透光程 度，在晚上则可以恢复透明状态。
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1.4 智能材料的概念与设计
智能材料概念 智能材料是可以感知外部刺激（传感功能），通 过自我判断和自我结论（处理功能），实现自我 指令功能（执行功能）的材料。
智能材料设计指导思想
① 材料的多功能复合；
② 材料的仿生设计。
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1.5 智能材料的特征
① 传感功能：能感知自身所处的环境与条件，如负载、应
，从而使材料系统始终以一种优化方式对外界变化做出恰
如其分的响应。
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1.6 智能材料的工作原理
智能材料的感知 功能和执行功能
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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
环
境
响应
馈 系 统
机械响应
液体运动
电流流动
物理性能
功率擦控制
化学行为
生理行为
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4.1 凝胶
从高分子化学的角度：体型缩聚反应进行到一定程度，反应体 系的粘度突然增加，并且出现具有弹性的凝胶，这种现象称作 凝胶化，此时，体系中包含两部分，一部分是凝胶，是巨型网 络结构，不溶于一切溶剂；另一部分是溶胶，其分子量较小， 被笼罩在凝胶的网络结构中。
从物理化学的角度：凝胶是一种特殊的分散体系，其中胶体颗 粒或高聚物分子互相联结，形成网状结构，在网状结构的空隙 中充满了液体（在干凝胶中的分散介质也可以是气体）。
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1.2 智能材料
智能材料通常不是一种单一的材料，而是一个材料系统，是一
个由多种材料组元通过有机紧密复合或严格科学组装而构成的
材料系统。智能材料是机敏材料和控制系统相结合的产物；或
者说是敏感材料、驱动材料和控制材料的有机合成。就本质而
言，智能材料就是一种智能机构，它是由传感器、执行器和控
制202器1/3三/2 部分组成。
半导体、压电体、电致流变体
金属、陶瓷、聚合物、复合材料 10
2.1 智能高分子材料概念
智能高分子材料又称智能聚合物、机敏性聚合物、刺 激响应型聚合物、环境敏感型聚合物，是一种能感觉 周围环境变化，而且针对环境的变化能采取响应对策 的高分子材料。
智能高分子材料是智能材料的一个重要组成部分。它 通过分子设计和有机合成的方法使有机材料本身具有 生物所赋予的高级功能，如自修复与自增殖能力、认 识与鉴别能力、刺激响应与环境应变能力等。
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3 智能高分子材料的应用与发展
智能材料将使飞机形状大为改观，未来飞机将会有 “自动适应 ”的翼面。这种智能外壳将使机翼能在飞行中自动改变形状。 这种 “自动适应”的智能翼面将改变传统机翼一成不变、缺乏 灵活的结构，使未来的飞机向能够进行各种机动灵活动作的理 想目标迈进。这种靠智能材料全副武装的飞机将更像鸟类，能 灵活自如地在蓝天上自动飞翔。
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2.2 智能高分子材料研究内容
(3)智能药物释放体系
药物释放是在当药物所在环境发生变化时，体系能够做出相应 的反应，以一定的形式释放药物的系统。主要用作智能药物释 放体系；生物信息响应体系，如靶向药物释放体系及结合药物 释放体系等；纳米药物释放体系等。
(4)聚合物电流变流体
聚合物电流变流体又称电场致流变体，是新型的智能材料。它 由低介电常数的液体和高介电常数的悬浮颗粒等组成。利用其 对电场的响应特性，可望用于优良的动力传输、振动控制、新
力、应变、振动、热、光、电、磁、化学、核辐射等的强 度及其变化。
② 反馈功能：可通过 传感网络，对系统输入与输出信息
进行对比，并将其结果提供给控制系统。
③ 信息识别与积累功能：能识别传感网络得到的各类信
息并将其积累起来。
④ 响应功能：根据外界环境和内部条件变化!适时动态地
做出相应的反应，并采取必要行动。
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1.3 智能材料的发展
1989年，日本高木俊 宜教授将信息科学融 于材料构性和功能， 首先提出智能材料（ intelligent materials） 概念，是指对环境具 有感知、可响应，并 具有功能发现能力的 新材料。
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美国 R. E. Neunham 教授提出灵巧材料 (smart materials)概 念，也称为 机敏材料 。他将机敏材料分为 3类：被动灵巧材料 ，主动灵巧材料，很 灵巧材料（智能材料 ）。
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1.5 智能材料的特征
⑤ 自诊断能力：能通过分析比较系统目前的状况与过去的
情况，对诸如系统故障与判断失误等问题进行自诊断并予 以校正。
⑥ 自修复能力：能通过自繁殖、自生长、原位复合等再生
机制、来修补某些局部损伤或破坏。
⑦ 自适应能力：对不断变化的外部环境和条件，能及时地
自动调整自身结构和功能，并相应地改变自己状态和行为
驱动材料：对来自外界或内部的各种信息 ，如负载、应力、应变、振动、热、光、 电、磁、化学辐射等信号的强度及变化具 有感知能力的材料
感知材料：在外界环境或内部状态发生变 化时能对之做出适当的反应并产生相应动 作的材料
机敏材料：同时具有感知与驱动功能的材料
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用来制造各 种传感器
用来制成各 种执行器
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3 智能高分子材料的应用与发展
智能电话不用拨号，只需报出对方电话号码或姓名就 能接通，以及能为使用不同语言的通话者担任 “翻 译”。
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3 智能高分子材料的应用与发展
日本推出Hitoe纳米纤维材质的智能服装。织物采用 Toray开发的涂有传感材料的纳米纤维，通过黏在上 面的贴片来检测穿着者的血压、心率，并且能无缝将 数据传输到手机上。
凝胶是由三维网络结构的高分子和充塞在高分子链段间隙中
的介质构成，介质可以是气体，但一般情况下为液体，因此可
以将凝胶看作是高分子三维网络包含了液体（溶剂）的膨润体
。
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海参有一个特性：如果有谁用手去碰一下它柔软的身体，它 就会一下变得象木头一样坚硬，但如果将它在手中紧捏一 会，它就会慢慢地溶变成滑溜溜的液体从你手中逃走。
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4.2 凝胶的性质
（1）触变性：物理凝胶受外力作用，网状结构被破坏而变成 流体，外部作用停止后，又恢复成半固体凝胶结构，这种凝 胶与溶胶相互转化的过程，称为触变性。
（2）溶胀性：指凝胶吸收流体后自身体积明显增大的现象， 是弹性凝胶的重要特性。
（3）脱水收缩性：溶胀的凝胶在低蒸气压下保存，流体缓慢 地自动从凝胶中分离出来的现象。
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1.7 智能材料分类
分类方法 按材料的种类分类 按材料的来源分类
按材料的应用领域分类 按材料的功能分类 20按21/电3/2子结构和化学键分类
智能材料种类
金属类智能材料 非金属类智能材料 高分子类智能材料 智能复合材料
天然智能材料 合成智能材料
建筑用智能材料 工业用智能材料 军用智能材料 医用智能材料 航天用智能材料
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2.2 智能高分子材料研究内容
(7)智能橡塑材料
智能橡塑材料是指具有智能化的橡胶和塑料，主要用作热收缩 管和自增强体系。智能化的橡胶制品有智能鞋、高吸水性树脂 和智能防水材料、智能轮胎、智能安全气囊。智能化塑料制品 报道最多的是智能塑料线。
(8)生物材料的仿生化、智能化
科技的发展使得生物医用材料得到了极大的发展，目前生物材
胶是通过人工合成的交联的高分子，例如隐形眼镜、高吸
水性树脂、芳香剂等。
根据凝胶尺寸可分为微凝胶和宏观凝胶。
依据介质是液体还是气体可分为凝胶和干凝胶（气凝胶
），液体又分为水和有机溶剂两类。以水为介质的凝胶称
有一个喇叭，当路上出现障碍
时它会警告使用者并告诉他该
走哪里。而听障者则可戴上一
个特别的手套，会对不同的手
指发出振动，藉以提供方向指
引。
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3 智能高分子材料的应用与发展
德国研制成功的智能手枪，手枪中内置了电子芯片， 它需要跟一个手表搭配使用，而手表需要输入PIN密码 才能启动。当带着密码的手表靠近手枪，枪柄上的灯 变绿时，就可以开枪射击。如果枪支开堂，手柄的灯 就一直为红。没有手表，手柄的上灯就不会变绿，手 枪也就会“失效”。
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3 智能高分子材料的应用与发展
美国研制的新型智能防护衣，它在被划破之后， 会自动发出报警信号，可以更好地保障在放射性 、有毒环境中工作人员的安全。
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3 智能高分子材料的应用与发展
智能战衣编织进了光纤网络和导电聚合物网络，并有监察士兵身 体状况的微型测量系统，在肚脐位置有拾音器，腰部有微型无线 电收发芯片。当士兵受伤时，伤处的光纤和导电纤维被切断，显 示出受伤部位，拾音器则分析受打击声音信号，判断是刀伤还是 枪伤。这些信息传到救护中心后，医护人员向智能内衣发出询问 信号，内衣利用光纤网络测量流出血液的光谱，探知血中含氧量 ，诊断是否心脏或动脉出血，通过压力传感器，还可判明伤员是 否出血，这样，当救护人员接到伤员时，无需再详细检查，便
包括光敏性、温敏性、电磁敏感性、压力敏感性和pH值敏感性
等单一响应性高分子凝胶及温度、pH值敏感性；热、光敏感性
；磁、热敏感性；pH值、离子刺激等双重或多重响应性高分子
凝胶等。其潜在应用领域有细胞培养基质、环境工程、酶的活
性控制、药物释放载体、组织工程、可视化光学传感材料、表
面图案技术及吸附分离致癌物质等。
料的仿生化、智能化成为其重要的发展方向。生命从本质上讲
源于聚合物，而生物大分子的特征是它们通-断或至少高度非线
性地响应环境刺激。生物大分子的非线性响应源于高度协同的
相互作用。模拟生物大分子的协同相互作用，可赋予合成高分
子材料智能性。
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3 智能高分子材料的应用与发展
日本松下公司制成的智能电冰箱装有各种传感器的微 芯片，能识别、存储、记忆各种商品的电子标签和条 形码提供的信息，如生产日期，保质期和数量等。
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3 智能高分子材料的应用与发展
美国科学家研制成功的一种智
能手杖，能帮助盲人避开障碍
物。手杖附有超音波感应器，
可与使用者背的袋子内装的导
航系统合作。袋子的肩带上会
（4）透过性：凝胶与流体性质相似，可以作为扩散介质。
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4.3 凝胶的分类
根据交联方式的不同凝胶可以分为物理凝胶和化学凝胶
。物理凝胶通过氢键、库仑力、配位键以及物理缠结形成
网络结构。化学凝胶通过共价键形成交联。
根据来源可分为天然凝胶和合成凝胶两大类。天然凝胶
由生物体制备，例如琼脂、魔芋、肌肉、蛋白质；合成凝
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第一部分
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大纲
1. 材料与智能材料
2. 智能高分子材料及研究内容
3. 智能高分子材料的应用与发展
4. 凝胶定义与制备方法
5. 智能高分子凝胶及分类
6. 智能高分子凝胶应用
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1.1 材料
结构材料：侧重于机械强度 材料
功能材料：侧重于其特有的功能
功能 材料
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2.2 智能高分子材料研究内容
Biblioteka Baidu
(1)记忆功能高分子材料
包括应力记忆、形状记忆、体积记忆和色泽记忆等高分子材料 。主要应用于结构材料的不同半径的管道，容器的包装材料， 纺织品材料和医用材料，研究最多的是形状记忆高分子材料。 主要用于医用材料，包装材料织物材料，热收缩管等。
(2)智能高分子凝胶
一代机器人等领域。
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2.2 智能高分子材料研究内容
(5)智能高分子膜
高分子膜的智能化是通过膜的组成，结构和形态来实现的，主 要包括荷电型超滤膜、接枝型智能膜、互穿网络膜、聚电解质 配合物膜、液晶膜、凝胶膜等。用作选择透过膜材、传感膜材 、仿生膜材和人工肺等。
(6)智能纺织品
智能纺织品是传统的纺织服装技术与材料科学、结构机理、传 感技术和先进的加工工艺、通讯技术、人工智能、生物技术的 有机结合。主要产品有信息服装、数字服装、智能文胸、保健 服装、灭蚊服装、情感服装、军用帐篷、还有自动清洁织物和 自动修补织物等。