光響應(yīng)高分子凝膠的研究與進展課件

1、光響應(yīng)高分子凝膠的研究與進展姜宏志082074216目錄摘要與簡介光響應(yīng)高分子凝膠的響應(yīng)機理光響應(yīng)高分子凝膠的分類 光響應(yīng)高分子凝膠的應(yīng)用結(jié)束語123451 摘要與簡介 1.1 摘要 光響應(yīng)高分子凝膠是智能高分子凝膠中的一種，近年來備受世界各國科學(xué)家的重視。綜述了近年來光響應(yīng)智能高分子凝膠材料的最新研究進展，具體介紹了光響應(yīng)高分子凝膠的光響應(yīng)機理、種類及目前的應(yīng)用研究狀況，并展望了其未來的應(yīng)用研究與發(fā)展。 1.2 簡介 高分子凝膠是高分子鏈之間以化學(xué)鍵或物理作用力形成的交聯(lián)結(jié)構(gòu)的溶脹體，是由溶劑和高分子網(wǎng)絡(luò)所組成的復(fù)合體系。高分子凝膠屬于一種智能型高分子材料，能因環(huán)境的變化(如溫度、pH、光、

2、電場、磁場、壓力等)而發(fā)生體積相轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生響應(yīng)性。2 光響應(yīng)高分子凝膠的響應(yīng)機理 光響應(yīng)高分子凝膠的最大特點是響應(yīng)過程具有可逆性，離開光的作用凝膠會恢復(fù)到原來的狀態(tài)。有關(guān)光響應(yīng)高分子凝膠的響應(yīng)機理，目前正處于研究階段，已經(jīng)形成較為完善理論體系的有以下幾種。2.1 將感光性化合物添加入高分子凝膠中 凝膠材料中含有感光性物質(zhì)，感光物質(zhì)吸收光能后導(dǎo)致材料溫度、電場等環(huán)境因素發(fā)生改變，進而對 某一環(huán)境因素作出響應(yīng)性。 (1) 在熱敏型凝膠材料中引入特殊的感光化合物。 在外界光刺激下，感光性化合物可將光能轉(zhuǎn)化為熱能，致使材料內(nèi)部的溫度局部升高。當(dāng)凝膠內(nèi)部溫 度變化 達到相轉(zhuǎn)變溫度時，凝膠就會作出相應(yīng)的響

3、應(yīng)。2.2 在高分子的主鏈或側(cè)鏈引入感光基團 凝膠分子鏈上含有感光基團后，感光基團一旦吸收了光，在相應(yīng)波長光能作用下就會引起電子躍遷而成為激發(fā)態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的分子通過分子內(nèi)或分子問的能量轉(zhuǎn)移發(fā)生異構(gòu)化作用，引起分子構(gòu)型的變化，促使材料內(nèi)部發(fā)生某些物理或化學(xué)性質(zhì)的改變，進而產(chǎn)生一定的響應(yīng)性。2.3 由多種組分構(gòu)成的光響應(yīng)體系 有些高分子凝膠體系中可同時含有多種對不同環(huán)境響應(yīng)因素有響應(yīng)性的組分，在光的作用下，各種組分協(xié)同作用，使材料在宏觀上發(fā)生明顯改變，作出響應(yīng)。此類光響應(yīng)凝膠材料可視用途不同而設(shè)計和改變組分與配方，從而拓寬光響應(yīng)凝膠的品種。3 光響應(yīng)高分子凝膠的分類 光響應(yīng)高分子凝膠可以根據(jù)影響

4、環(huán)境因素的多少分為單一光響應(yīng)高分子凝膠、雙重光響應(yīng)高分子凝膠與多重光響應(yīng)高分子凝膠。3.1 單一光響應(yīng)高分子凝膠 單一光響應(yīng)高分子凝膠的影響因素只有光照(可見光或紫外光)一個條件。響應(yīng)過程中常常伴隨著光敏變色。 所謂光敏變色也稱光致變色，是指凝膠在一定波長光的照射下發(fā)生顏色改變，而在另一種波長的光作用下又會發(fā)生可逆變化，恢復(fù)到原來的顏色。3.2雙重光響應(yīng)高分子凝膠(1)光一溫度敏感型水凝膠 以含無色三苯基甲烷氫氧化物或無色氰化物與無色二(N，N-二甲基酰替苯胺)一4一乙烯基苯基甲烷衍生物、丙烯酰胺共聚可得光熱刺激響應(yīng)共聚物凝膠。對含有無色三苯基甲烷氰基的聚N_異丙基丙烯酰胺凝膠的平衡溶脹體積變

5、化的溫度依賴性，表現(xiàn)在無紫外線輻照時，30產(chǎn)生連續(xù)的體積變化；紫外光輻照時無色氰基產(chǎn)生光離解，凝膠產(chǎn)生不連續(xù)體積轉(zhuǎn)變，溫度由25逐漸升高，在326凝膠體積突變減少90。在此轉(zhuǎn)變溫度以上，凝膠也在315。C發(fā)生不連續(xù)溶脹達10倍。如果將溫度固定于32，凝膠在紫外線輻照與去除輻照時可起不連續(xù)的溶脹一收縮開關(guān)功能。 圖1顯示了溶液的pH值對P(AA-coAAAB)凝膠溶脹度的影響(AA和AAAB的摩爾比分別為95：5和90：10)?？梢钥闯觯簿勰z的溶脹度在pH值46范圍內(nèi)突然增大，隨后趨于平緩。而且共聚凝膠中隨AAAB比例增加，可使凝膠在更高的pH值下開始溶脹。pH引起的凝膠的溶脹是由于共聚凝膠

6、中羧基由非電離態(tài)變?yōu)殡婋x態(tài)，從而使大分子鏈由聚集態(tài)向伸展態(tài)轉(zhuǎn)變所致。紫外光照射時間對凝膠尺寸的影響也很大。 如圖2所示，紫外光照射后凝膠體積明顯減小，發(fā)生收縮。而且隨共聚凝膠中AAAB比例增加，凝膠收縮得越快。這主要是由于光致異構(gòu)化所導(dǎo)致，偶氮生色團由反式構(gòu)型變?yōu)轫樖剑傻捻樖綐?gòu)型偶氮生色團的共軛長度變短，所以宏觀上表現(xiàn)為凝膠的體積減小。4 光響應(yīng)高分子凝膠的應(yīng)用4.1 應(yīng)用于調(diào)光材料在水凝膠所包絡(luò)的大量水中溶解另一種溫敏性聚合物可制備高分子水凝膠光敏性遮光材料。該類材料存在一個“開關(guān)”溫度TS，在此溫度以下凝膠網(wǎng)絡(luò)呈透明狀，當(dāng)溫度升至Ts以上時，溫敏性聚合物脫水合，轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苡谒奈镔|(zhì)而沉淀。相分離而產(chǎn)生的微粒成為光散射中心，使透明的凝膠轉(zhuǎn)變?yōu)槿榘咨?，引起透光性的變化。結(jié)束語 由于光源安全、清潔、易于使用、易于控制，因此與其它環(huán)境響應(yīng)性高分子凝