智能高分子凝膠的應(yīng)用課件

第八章智能高分子材料第八章智能高分子材料1主要內(nèi)容智能高分子材料概述智能高分子凝膠

形狀記憶高分子材料展望主要內(nèi)容智能高分子材料概述28.1概述智能材料可以感知外部的刺激（傳感功能），通過(guò)自我判斷和自我結(jié)論（處理功能），實(shí)現(xiàn)自我指令的功能（執(zhí)行功能）的材料8.1概述智能材料可以感知外部的刺激（傳感功能），3特點(diǎn)具有感知功能：能夠檢測(cè)并識(shí)別外部的刺激強(qiáng)度，如光、電、熱、應(yīng)力、應(yīng)變、化學(xué)等具有驅(qū)動(dòng)功能：能夠響應(yīng)外界變化能夠按照設(shè)定的方式選擇和控制響應(yīng)反應(yīng)靈敏、及時(shí)、恰當(dāng)外部刺激消除后，迅速回到原狀態(tài)特點(diǎn)具有感知功能：能夠檢測(cè)并識(shí)別外部的刺激強(qiáng)度，如光、電、熱4智能材料智能金屬材料智能無(wú)機(jī)非金屬材料智能高分子材料集感知、驅(qū)動(dòng)和信息處理于一體，形成類似生物材料那樣具有智能屬性的高分子材料智能材料智能金屬材料智能無(wú)機(jī)非金屬材料智能高分子材料集感知、5多水平結(jié)構(gòu)層次較弱的分子間作用力側(cè)鏈易引入官能團(tuán)便于分子設(shè)計(jì)和精細(xì)控制質(zhì)輕易涂覆利于感知判斷環(huán)境，實(shí)現(xiàn)環(huán)境響應(yīng)優(yōu)點(diǎn)多水平結(jié)構(gòu)層次利于感知判斷環(huán)境，實(shí)現(xiàn)環(huán)境響應(yīng)優(yōu)點(diǎn)6智能高分子材料的分類及應(yīng)用類別性質(zhì)應(yīng)用記憶功能高分子材料對(duì)應(yīng)力形狀體積色澤等有記憶效應(yīng)醫(yī)用材料、包裝材料織物材料、熱收縮管智能纖維織物聚乙二醇與纖維共混物；熱適應(yīng)性；可逆收縮性服裝保溫系統(tǒng)、傳感/執(zhí)行系統(tǒng)、生物醫(yī)用壓力繃帶智能高分子凝膠三維高分子網(wǎng)絡(luò)與溶劑組成的體系；體積相轉(zhuǎn)變組織培養(yǎng)、環(huán)境工程化學(xué)機(jī)械系統(tǒng)、調(diào)光材料、智能藥物釋放體系智能高分子復(fù)合材料集成傳感器、信息處理器和功能驅(qū)動(dòng)器；多學(xué)科交叉產(chǎn)物自愈合，自應(yīng)變，自動(dòng)修補(bǔ)混凝土；減震速造建筑材料；形狀記憶合金與復(fù)合功能器件；壓電材料智能高分子膜選擇性滲透、選擇性吸附和分離等；膜的組成、結(jié)構(gòu)和形態(tài)的變化--智能化選擇透過(guò)膜材、傳感膜材、仿生膜材、人工肺智能高分子材料的分類及應(yīng)用類別性質(zhì)應(yīng)用記憶功能高分子材料對(duì)應(yīng)7定義體積相轉(zhuǎn)變刺激響應(yīng)性與分類制備應(yīng)用8.2智能高分子凝膠定義8.2智能高分子凝膠81.智能高分子凝膠定義三維高分子網(wǎng)絡(luò)與溶劑組成的體系含有親溶劑性基團(tuán)，可被溶劑溶脹最大的特點(diǎn):體積相轉(zhuǎn)變“軟濕”材料，強(qiáng)度低，有特殊功能

水凝膠、有機(jī)凝膠1.智能高分子凝膠定義三維高分子網(wǎng)絡(luò)與溶劑組成的體系92.

智能高分子凝膠的體積相轉(zhuǎn)變內(nèi)因：范德華力、氫鍵、疏水作用及靜電作用力----相互組合和競(jìng)爭(zhēng)溶脹相收縮相Robert,P.AdvanceinColloidandInterfaceSci,2000,85

,32-33外界環(huán)境變化體積不連續(xù)變化2.智能高分子凝膠的體積相轉(zhuǎn)變內(nèi)因：范德華力、氫鍵、疏10例如：在高分子凝膠中出現(xiàn)相轉(zhuǎn)變，表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)孔增大、網(wǎng)絡(luò)失去彈性、網(wǎng)絡(luò)的體積急劇變化（可變化幾百倍之多），甚至在三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中不再存在凝膠相。而且這些變化是可逆的和不連續(xù)的。例如：在高分子凝膠中出現(xiàn)相轉(zhuǎn)變，表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)孔增大、網(wǎng)絡(luò)失113.智能高分子凝膠的刺激響應(yīng)性與分類溫度響應(yīng)性凝膠光響應(yīng)性凝膠壓力敏感性凝膠電場(chǎng)響應(yīng)性凝膠刺激響應(yīng)性刺激化學(xué)、相分離、形狀、表面、滲透性、機(jī)械強(qiáng)度、光、電響應(yīng)分類物理刺激化學(xué)刺激溫度光壓力電場(chǎng)pH生化鹽濃度3.智能高分子凝膠的刺激響應(yīng)性與分類溫度響應(yīng)性凝膠刺激響應(yīng)124.智能高分子凝膠的制備起始原料：

單體(水溶或油溶單體)聚合物(天然或合成聚合物)單體和聚合物的混合物兩個(gè)前提:

主鏈或側(cè)鏈上帶有大量的親水基團(tuán)適當(dāng)?shù)慕宦?lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4.智能高分子凝膠的制備起始原料：13制備方法：

單體的交聯(lián)聚合接枝共聚其它交聯(lián)或轉(zhuǎn)化等引發(fā)劑輻射引發(fā)自由基均聚或共聚智能凝膠烯類單體共價(jià)連接天然高分子（淀粉纖維素）及衍生物制備方法：引發(fā)劑輻射引發(fā)自由基均聚或共聚智能凝膠烯類145.智能高分子凝膠的應(yīng)用--調(diào)光材料&組織培養(yǎng)高溫白濁化低溫透明調(diào)光材料溶脹收縮循環(huán)5.智能高分子凝膠的應(yīng)用--調(diào)光材料&組織培養(yǎng)高溫白濁化低溫15組織培養(yǎng)細(xì)胞溫敏性高分子水凝膠聚異丙基丙烯酰胺PNIPAM接枝到PS培養(yǎng)板形成薄膜，37℃，疏水，能與細(xì)胞很好的結(jié)合；20℃，凝膠表面變得親水，細(xì)胞可自動(dòng)的與凝膠表面脫離組織培養(yǎng)細(xì)胞溫敏性高分子水凝膠聚異丙基丙烯酰胺PNIPAM接16R.,Yoshida.etal.

ScienceandtechnologyofAdvancedmaterials,2002,3,95-102智能高分子凝膠的應(yīng)用--化學(xué)機(jī)械器件Poly(NIPAAm-co-Ru(bpy)3)循環(huán)提供的動(dòng)力自振動(dòng)凝膠作成毛狀傳動(dòng)裝置R.,Yoshida.etal.Scienceand17智能高分子凝膠的應(yīng)用--智能藥物釋放系統(tǒng)釋放機(jī)理刺激響應(yīng)脈沖釋放網(wǎng)孔的可控性智能高分子凝膠的應(yīng)用--智能藥物釋放系統(tǒng)釋放機(jī)理刺激響應(yīng)脈沖18葡萄糖響應(yīng)高分子配合物形成的胰島素釋放微囊聚乙二醇感知葡萄糖濃度交換鍵合釋放藥物患者的血糖濃度維持正常水平葡萄糖響應(yīng)高分子配合物形成的胰島素釋放微囊聚乙二醇感知葡萄糖19凝膠用于污泥脫水過(guò)程智能高分子凝膠的應(yīng)用--環(huán)境工程溶脹收縮循環(huán)凝膠用于污泥脫水過(guò)程智能高分子凝膠的應(yīng)用--環(huán)境工程溶脹收20智能高分子凝膠的應(yīng)用—人工肌肉利用高分子凝膠的溶脹，收縮，設(shè)計(jì)具有肌肉功能的裝置，制成的機(jī)械手智能高分子凝膠的應(yīng)用—人工肌肉利用高分子凝膠的溶脹，收縮，設(shè)21智能高分子凝膠的應(yīng)用—智能膜智能型高分子的構(gòu)象會(huì)因外部某種條件的微小變化而發(fā)生突變,而且這種變化可因外部條件變化的消失而消失。可以設(shè)計(jì)制作各種截留分子量可調(diào)控分離膜。例如，將末端帶二硫鍵的聚L谷氨酸接枝到聚碳酸酯膜的孔道結(jié)構(gòu)中，利用這種大分子在pH低時(shí)構(gòu)象收縮，pH高時(shí)構(gòu)象伸展調(diào)控膜的孔道大小。智能高分子凝膠的應(yīng)用—智能膜智能型高分子的構(gòu)象會(huì)因外部某種條22高分子人造樹(shù)膠質(zhì)——聚丙烯酸。白色粉末，加水生成粘度低的酸性溶液，加堿中和可得澄明且穩(wěn)定的凝膠。可用作優(yōu)良的懸浮劑、穩(wěn)定劑、乳化劑，高級(jí)化妝品的透明基質(zhì)及藥用輔料基質(zhì)，也是最有效的水溶性增稠劑。高分子人造樹(shù)膠質(zhì)——聚丙烯酸。白色粉23定義反應(yīng)過(guò)程種類應(yīng)用8.3形狀記憶高分子材料定義8.3形狀記憶高分子材料24記憶高分子材料應(yīng)力記憶高分子材料形狀記憶高分子材料體積記憶高分子材料色澤記憶高分子材料記憶高分子材料應(yīng)力記憶高分子材料25利用結(jié)晶或半結(jié)晶高分子材料經(jīng)過(guò)輻射交聯(lián)或化學(xué)交聯(lián)后具有形狀記憶效應(yīng)先決條件：高彈形變，分子構(gòu)象分類：熱致感應(yīng)型；光致感應(yīng)型；電致感應(yīng)型；化學(xué)感應(yīng)型形狀記憶高分子材料利用結(jié)晶或半結(jié)晶高分子材料經(jīng)過(guò)輻射交聯(lián)或化學(xué)交聯(lián)后具有形狀記26熱致形狀記憶反應(yīng)過(guò)程T.Ohkietal.Composites:PartA351066,2004,1065–1073熱致形狀記憶反應(yīng)過(guò)程T.Ohkietal.Compo27熱致形狀記憶高分子種類聚烯烴類：耐高溫耐腐蝕場(chǎng)合聚酯類：耐熱、耐化學(xué)藥品-醫(yī)用聚氨酯類：建筑醫(yī)學(xué)熱致形狀記憶高分子種類聚烯烴類：耐高溫耐腐蝕場(chǎng)合28熱致形狀記憶高分子的應(yīng)用醫(yī)療器材-固定創(chuàng)傷部位的器材加熱安裝冷卻固定加熱脫下熱致形狀記憶高分子的應(yīng)用醫(yī)療器材-固定創(chuàng)傷部位的器材加熱安裝29醫(yī)療器材-手術(shù)縫合線A.,LendleinandR,RobertL.Science,2002,296,1673-1676.醫(yī)療器材-手術(shù)縫合線A.,LendleinandR,30熱致形狀記憶高分子的應(yīng)用異徑管接合材料---熱收縮管熱致形狀記憶高分子的應(yīng)用異徑管接合材料---熱收縮管31包裝材料

變形物的復(fù)原，如緊固鉚釘