熵诱导微观液相内贮式多重应答功能材料的研究

发布时间：2018-02-09 02:56

本文关键词： 刺激响应液相内贮温敏电化学响应纳米二氧化硅　出处：《武汉理工大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：应答型材料泛指能对外界刺激做出响应的一系列功能材料,也称作刺激响应型材料或机敏材料。当外界环境因素如光、温度、pH、离子强度、电场和磁场等发生变化时,材料的自身性质如相态、形状、表面能、反应速率、渗透速率或识别特性等也随之会发生变化。近些年来,人们对响应型材料研究及应用取得了长足进展。目前已有的聚合物基刺激响应型材料类型主要包括pH响应型、温度响应型、光响应型、葡萄糖响应型和场响应型等。此类功能材料的应用十分广泛,已有大量文献报道,在药物释放、生物工程、化学催化等各个领域都有着广泛的应用前景。目前,以水凝胶为代表的多数响应型材料,在接受外界刺激的同时,会发生显著的体积形变、收缩、塌陷甚至解体等。这样的特性一方面可以善加利用满足实际需求,如制做一种如人眼晶状体一般的响应型光学透镜或者在一定条件下的释药载体。另一方面,由于大范围的体积收缩、形变等因素,材料会将内部的溶剂排出,导致对外界物质的依赖性,如水凝胶必须置于水中才能由收缩态重新恢复成溶胀态。再者,过度形变也会影响材料在一些固态器件中结构稳定性。所以,研究材料的非形变应答机制能填补当前研究领域的空白,解决材料对外界物质的依赖性以及在固态器件中的应用问题。从聚合物类应答材料本身而言,形变的本质在于相分离过程中链段强烈卷曲或伸缩导致大范围、高程度的形变,因而材料整体外观出现“垮塌”。所以制备非形变类刺激响应型材料的难点在于改善这种强烈的相分离并一定程度抑制链段的伸缩。本文从Flory-Huggins晶格理论出发,推导出控制共混体系熵值的一般条件,并通过这一点成功制备了一系列响应过程中无畸变的应答材料。扫描电镜照片所呈现的大量微孔结构表明,材料主要以一种“对内”的形式发生相变。在响应过程中,聚集的液相形成大量微小的液滴贮存于材料中,故本文称其为微观液相内贮式相变材料。常规响应型水凝胶材料由于在相变过程中会发生严重的收缩或塌陷,常常需要在溶剂中才能再次溶胀还原为初态,但内贮式相变材料由于具有将液相直接贮存于自身内部的特点,避免了对外界溶剂的依赖性。这样的特点将使得这类材料更适合应用在一些固态的器件中,如固态电解质,超级电容器等。为此,本工作将离子液体加入内贮式材料中赋予其额外的导电性能,研究发现,在不同温度的诱导下,材料阻抗能发生极大的变化。基于这一点,这类材料很有可能成为一种新型的敏感型固态电解质。作为应答材料,其应答条件的可控也是本文重点探讨的内容之一,本文通过在聚合过程中添加在异丙醇中稳定分散的纳米二氧化硅,并在二氧化硅表面修饰不同的可聚合官能团,成功调整了材料内部微孔结构的形貌与尺寸,从而实现应答条件的部分可控。最后,本文也对内贮式相变材料的其他功能特性进行了拓展研究。例如,该类材料在相变前后由于小分子液相充分扩散进入聚合物(PMMA)链段中,产生了玻璃态转变,故利用这一点可以制备聚合物记忆材料。此外,在混有离子液体的样品中,发现了该类材料较强的断面自修复行为。这些都为将来开发多功能应答材料打下良好的基础。
[Abstract]:A series of functional materials that respond to external stimuli are commonly referred to as stimulus response type materials or smart materials . In recent years , the material properties such as phase , temperature , pH , ionic strength , electric field and magnetic field have been widely used . In this paper , a new type of sensitive solid electrolyte can be prepared by adding ionic liquid into internal storage material . It is found that this kind of material can be a new type of sensitive solid electrolyte under the induction of different temperatures . It has been found that this kind of material can be a new type of sensitive solid electrolyte .

【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB34

【相似文献】