智能高分子凝胶
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态； (2) 、当温度高于LCST时，凝胶处于膨胀
状态。
例：聚（N，N-二甲基丙烯酰胺-co-丙烯 酰胺-co-甲基丙烯酸丁酯）（poly 【DMAAm-co-AAM-co-BMA】）与聚 丙烯酸的互穿网络凝胶
该凝胶为热胀温敏水凝胶。具有高温 Байду номын сангаас胀、低温收缩的温度响应行为。
实验证明：温度响应性与凝胶网络中的氢键的形 成和离解有关。 温度升高，氢键断裂，凝胶网络疏松，凝 胶溶胀；温度下降时，氢键再次形成，凝胶收 缩。
常用pH敏感水凝胶的基团
阴离子：-COO-、-OPO3- 等 阳离子：-NH3+、-NRH2+、-NR2H+、-NR3+
等
例：甲基丙烯酸烷酯（n-AMA）与二甲 基氨乙基丙烯酸酯（DMA）交联形成的 pH响应性凝胶，含有可质子化的叔胺基 团
低pH值环境时，叔胺基团质子化引起 凝胶溶胀；相反，叔胺基团失去质子， 凝胶收缩。
pH敏感性凝胶
此类凝胶的溶胀或去溶胀是随pH值的变 化而发生变化
特点：通过交联形成大分子网络，网络中 含大量易水解和质子化的酸、碱基团 （如羧基或氨基）
pH敏感性凝胶
原理：外界pH值变化时，凝胶中的基团的 解离程度相应改变，造成凝胶内外离子 浓度改变； 另外，解离还会破坏凝胶内相关的 氢键，使凝胶网络的交联点减少，凝胶 网络结构发生变化，引起溶胀。
特点：具有一定比例的疏水和亲水基团， 温度的变化可影响这些基团的疏水作用 以及大分子间的氢键作用，从而使凝胶 结构改变，发生体积相变。此时的温度 称相变温度。
温敏性凝胶
低温临界溶解温度（LCST）： 凝胶体积发生变化的临界转化温度
温敏性凝胶对温度变化的响应类型： (1) 、当温度低于LCST时，凝胶呈收缩状
(2) 、利用光敏分子遇光分解产生的离子化作用 来实现。即见光后，凝胶内部产生大量离子， 使内外离子浓度差改变，造成凝胶渗透压改变， 促使凝胶发生溶胀作出光响应。
压敏性凝胶
随外界压力的变化而出现体积相转变现 象的凝胶
凝胶的压力依赖性：最早由Marchett提出 低压下出现坍塌，高压下出现膨胀
该预测后来被Lee等证实：用12%的Bis(N,N’甲叉双丙烯酰胺)作交联剂制备聚N-异丙基丙 烯酰胺凝胶，该凝胶的体积随压力的变化而变 化，他们认为凝胶体积的变化是由于压力对该 体系自由能有贡献所致。
水凝胶
以水为分散介质的凝胶。具有交联结构的 水溶性高分子中引入一部分疏水基团而形成能 遇水膨胀的交联聚合物。是一种高分子网络体 系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大 量的水。
凡是水溶性或亲水性的高分子，通过一定 的化学交联或物理交联，都可以形成水凝胶。
分类
智能高分子凝胶 据响应环境因素的多少： ①、单一响应智能凝胶； ②、双重响应智能凝胶（或多重响应智
应用
⑴、高分子凝胶具有刺激应答的智能，启发人们利用凝 胶体积膨胀和收缩循环及提供的动力，设计出高效率
的由化学能直接转换为机械功的“化学发动机”。在
能凝胶）
单一响应智能凝胶
温敏性、pH敏感性、电场敏感性、光敏感 性、磁场敏感性、压缩凝胶等
双重响应智能凝胶
温度、pH敏感凝胶； 热、光敏感凝胶； 磁性、热敏凝胶； pH值、离子刺激响应凝胶等。
温敏性凝胶
定义：对环境的温度变化能产生响应； 即当周围环境温度发生改变时，凝胶自 身的性质随之改变
智能高分子凝胶
内容
一、定义和发展史 二、分类及其特性 三、应用与展望
定义
智能高分子凝胶：受外界环境微小的物理和 化学（如温度、pH值、盐浓度、光、电场、 化学物质等）刺激，其本身性质会发生明显 改变的交联聚合物。因为凝胶结构中含有亲 溶剂性基团，使之可被溶剂溶胀而达到平衡 体积。
特征：传感、处理和执行功能
70年代，Tanaka T等对交联的聚丙烯酰胺及经过水解 处理的离子化凝胶进行了一系列研究，利用激光散射技 术，发现了陈化的聚丙烯酰胺水凝胶的溶胀性质，即能 在某一临界温度附近，随温度的微小变化而发生急剧的 突跃性变化，也就是发生了体积相变
80年代，Tanaka T建立起凝胶溶胀和收缩的理论模型， 并申请了专利。自此，智能性高分子凝胶引起了科研人 员的极大兴趣
分类
凝胶:高分子链之间以化学键或物理作用力形成 的交联结构的溶胀体，不能溶解也不能熔融
(1)、来源：天然凝胶、合成凝胶 (2)、网络中的不同液体：水凝胶、有机凝胶 (3)、交联的方式： 化学凝胶、物理凝胶 (4)、响应刺激信号：温敏凝胶、光敏凝胶等
其中，水凝胶最常见，绝大多数生物体内存在的 天然凝胶及许多合成凝胶均属于水凝胶
电场敏感性凝胶
特点：大多由聚电解质高分子组成，在直 流电场作用下可发生形变。
响应性与溶液中自由离子在直流电场下 的定向移动有关。
原因
(1)、自由离子定向移动造成凝胶内外离子 浓度不均，产生渗透压变化引起凝胶变 形；
(2)、自由离子定向移动造成凝胶内不同部 位pH值不同，影响凝胶中聚电解质电离 状态，凝胶结构发生变化，造成形变。
发展史
20世纪40年代，Flory P J对高分子凝胶的物理化学性质 已有研究，提出了高分子凝胶的溶胀理论
到50年代，Katchasky A和Kuhn W对合成高分子电解质 凝胶进行了系统的实验并提出较详细的基础理论，首次 建立起用凝胶在pH值变动下伸缩而产生的动力驱动 “化学-机械”体系
此类凝胶的研究始于1982年，Tanaka发现：
部分水解的聚丙烯酰胺凝胶浸入水-丙酮溶 液中，在接触电场下，凝胶可呈现非连续的体 积变化，当排除电场后，凝胶可恢复至初始状 态。
自此，促进了电场驱动的高分子凝胶的研究进展
光敏感性凝胶
定义：由于光辐射（光刺激）而发生体积相转 变的凝胶。 特点：高分子的主链或侧链上具有受光异构化 性能的光敏基团。
体积变化原因：由于聚合物链的光刺激构 型变 化引起的；即其光敏性部分经光辐照后转变成 异构体，常伴随发色团物理和化学性质的变化， 如偶极炬和几何结构的改变。
光敏材料响应机理
两类： (1) 、通过特殊感光分子，将光能转化为热能，
使材料局部温度升高，当凝胶内部温度达到热 敏材料相转变温度时，凝胶产生响应；
状态。
例：聚（N，N-二甲基丙烯酰胺-co-丙烯 酰胺-co-甲基丙烯酸丁酯）（poly 【DMAAm-co-AAM-co-BMA】）与聚 丙烯酸的互穿网络凝胶
该凝胶为热胀温敏水凝胶。具有高温 Байду номын сангаас胀、低温收缩的温度响应行为。
实验证明：温度响应性与凝胶网络中的氢键的形 成和离解有关。 温度升高，氢键断裂，凝胶网络疏松，凝 胶溶胀；温度下降时，氢键再次形成，凝胶收 缩。
常用pH敏感水凝胶的基团
阴离子：-COO-、-OPO3- 等 阳离子：-NH3+、-NRH2+、-NR2H+、-NR3+
等
例：甲基丙烯酸烷酯（n-AMA）与二甲 基氨乙基丙烯酸酯（DMA）交联形成的 pH响应性凝胶，含有可质子化的叔胺基 团
低pH值环境时，叔胺基团质子化引起 凝胶溶胀；相反，叔胺基团失去质子， 凝胶收缩。
pH敏感性凝胶
此类凝胶的溶胀或去溶胀是随pH值的变 化而发生变化
特点：通过交联形成大分子网络，网络中 含大量易水解和质子化的酸、碱基团 （如羧基或氨基）
pH敏感性凝胶
原理：外界pH值变化时，凝胶中的基团的 解离程度相应改变，造成凝胶内外离子 浓度改变； 另外，解离还会破坏凝胶内相关的 氢键，使凝胶网络的交联点减少，凝胶 网络结构发生变化，引起溶胀。
特点：具有一定比例的疏水和亲水基团， 温度的变化可影响这些基团的疏水作用 以及大分子间的氢键作用，从而使凝胶 结构改变，发生体积相变。此时的温度 称相变温度。
温敏性凝胶
低温临界溶解温度（LCST）： 凝胶体积发生变化的临界转化温度
温敏性凝胶对温度变化的响应类型： (1) 、当温度低于LCST时，凝胶呈收缩状
(2) 、利用光敏分子遇光分解产生的离子化作用 来实现。即见光后，凝胶内部产生大量离子， 使内外离子浓度差改变，造成凝胶渗透压改变， 促使凝胶发生溶胀作出光响应。
压敏性凝胶
随外界压力的变化而出现体积相转变现 象的凝胶
凝胶的压力依赖性：最早由Marchett提出 低压下出现坍塌，高压下出现膨胀
该预测后来被Lee等证实：用12%的Bis(N,N’甲叉双丙烯酰胺)作交联剂制备聚N-异丙基丙 烯酰胺凝胶，该凝胶的体积随压力的变化而变 化，他们认为凝胶体积的变化是由于压力对该 体系自由能有贡献所致。
水凝胶
以水为分散介质的凝胶。具有交联结构的 水溶性高分子中引入一部分疏水基团而形成能 遇水膨胀的交联聚合物。是一种高分子网络体 系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大 量的水。
凡是水溶性或亲水性的高分子，通过一定 的化学交联或物理交联，都可以形成水凝胶。
分类
智能高分子凝胶 据响应环境因素的多少： ①、单一响应智能凝胶； ②、双重响应智能凝胶（或多重响应智
应用
⑴、高分子凝胶具有刺激应答的智能，启发人们利用凝 胶体积膨胀和收缩循环及提供的动力，设计出高效率
的由化学能直接转换为机械功的“化学发动机”。在
能凝胶）
单一响应智能凝胶
温敏性、pH敏感性、电场敏感性、光敏感 性、磁场敏感性、压缩凝胶等
双重响应智能凝胶
温度、pH敏感凝胶； 热、光敏感凝胶； 磁性、热敏凝胶； pH值、离子刺激响应凝胶等。
温敏性凝胶
定义：对环境的温度变化能产生响应； 即当周围环境温度发生改变时，凝胶自 身的性质随之改变
智能高分子凝胶
内容
一、定义和发展史 二、分类及其特性 三、应用与展望
定义
智能高分子凝胶：受外界环境微小的物理和 化学（如温度、pH值、盐浓度、光、电场、 化学物质等）刺激，其本身性质会发生明显 改变的交联聚合物。因为凝胶结构中含有亲 溶剂性基团，使之可被溶剂溶胀而达到平衡 体积。
特征：传感、处理和执行功能
70年代，Tanaka T等对交联的聚丙烯酰胺及经过水解 处理的离子化凝胶进行了一系列研究，利用激光散射技 术，发现了陈化的聚丙烯酰胺水凝胶的溶胀性质，即能 在某一临界温度附近，随温度的微小变化而发生急剧的 突跃性变化，也就是发生了体积相变
80年代，Tanaka T建立起凝胶溶胀和收缩的理论模型， 并申请了专利。自此，智能性高分子凝胶引起了科研人 员的极大兴趣
分类
凝胶:高分子链之间以化学键或物理作用力形成 的交联结构的溶胀体，不能溶解也不能熔融
(1)、来源：天然凝胶、合成凝胶 (2)、网络中的不同液体：水凝胶、有机凝胶 (3)、交联的方式： 化学凝胶、物理凝胶 (4)、响应刺激信号：温敏凝胶、光敏凝胶等
其中，水凝胶最常见，绝大多数生物体内存在的 天然凝胶及许多合成凝胶均属于水凝胶
电场敏感性凝胶
特点：大多由聚电解质高分子组成，在直 流电场作用下可发生形变。
响应性与溶液中自由离子在直流电场下 的定向移动有关。
原因
(1)、自由离子定向移动造成凝胶内外离子 浓度不均，产生渗透压变化引起凝胶变 形；
(2)、自由离子定向移动造成凝胶内不同部 位pH值不同，影响凝胶中聚电解质电离 状态，凝胶结构发生变化，造成形变。
发展史
20世纪40年代，Flory P J对高分子凝胶的物理化学性质 已有研究，提出了高分子凝胶的溶胀理论
到50年代，Katchasky A和Kuhn W对合成高分子电解质 凝胶进行了系统的实验并提出较详细的基础理论，首次 建立起用凝胶在pH值变动下伸缩而产生的动力驱动 “化学-机械”体系
此类凝胶的研究始于1982年，Tanaka发现：
部分水解的聚丙烯酰胺凝胶浸入水-丙酮溶 液中，在接触电场下，凝胶可呈现非连续的体 积变化，当排除电场后，凝胶可恢复至初始状 态。
自此，促进了电场驱动的高分子凝胶的研究进展
光敏感性凝胶
定义：由于光辐射（光刺激）而发生体积相转 变的凝胶。 特点：高分子的主链或侧链上具有受光异构化 性能的光敏基团。
体积变化原因：由于聚合物链的光刺激构 型变 化引起的；即其光敏性部分经光辐照后转变成 异构体，常伴随发色团物理和化学性质的变化， 如偶极炬和几何结构的改变。
光敏材料响应机理
两类： (1) 、通过特殊感光分子，将光能转化为热能，
使材料局部温度升高，当凝胶内部温度达到热 敏材料相转变温度时，凝胶产生响应；