仿生功能性薄膜的构筑及智能驱动行为的研究
发布时间：2022-01-11 13:18
近年来,随着仿生学和材料表界面科学的发展,尤其是表面工程研究的不断深入,为智能驱动器件的设计和开发提供了新的思路和方法。目前驱动材料主要分为三种:表面功能化材料、本体材料和多级结构材料。聚合物刷―以其优异的可修饰性被广泛用于调控界面的物理化学性质,构筑各类具有不同结构、功能以及无机/有机杂化材料表面,采用表面引发聚合（SIPs）的方法。将具有温敏、湿敏等特性的聚合物刷修饰到软体材料表面,能够实现较为理想的响应驱动效果。另外,石墨烯（GO）是一种比表面积较高的二维材料,具有优异的热、电、机械和光学性能,也是制造驱动器件的理想材料。本文通过表面改性的方法,利用聚合物刷的温敏和湿敏响应特性,分别对PDMS（聚二甲基硅氧烷）薄膜进行了单面修饰和双面不对称修饰,开发出多种驱动器件。此外,以氧化石墨烯（GO）为光热驱动层,PDMS为从动层,利用二者热膨胀系数的不同,制备出具有快速光响应特性的驱动薄膜。主要研究内容如下:（1）通过表面引发原子转移自由基聚合（SI-ATRP）的方法,利用温敏性聚合物刷PNIPAAm（聚N-异丙基丙烯酰胺）和湿敏性聚合物刷PSPMA（聚甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾盐）分别对...
【文章来源】：西北师范大学甘肃省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）茅膏草；（b）停留在茅膏草叶片上的昆虫；（c）茅膏草弯曲叶片捕食昆虫
引言2图1-1（a）茅膏草；（b）停留在茅膏草叶片上的昆虫；（c）茅膏草弯曲叶片捕食昆虫。Fig.1-1(a)Pictureofsundew;(b)Aninsectstaysonthebladeofthesundew;(c)Sundewbendsleaftocatchandfeedoninsect.1.1.2含羞草植物是设计新型智能材料和设备的重要灵感来源[30,31]。如果用手指触摸含羞草的叶子，它们会在几秒钟内闭合，如图1-2所示：图1-2（a）含羞草图片；（b）含羞草叶片闭合。Fig.1-2(a)Picturesofmimosas;(b)Closedmimosaleaf.这是由于叶片细胞中水分的局部收集和定向迁移，导致部分区域浓度差异造成的。这种由不对称膨胀结构引起的变形称为“seismonastic反应”[32,33]，利用其形变机制科学家们开发出各式各样的驱动器件。2016年，wang等人[34]受含羞草启发设计出具有优越机械性能的Janus结构薄膜，能够有效的将表面能量转化为定向动能和弹性势能，并对水刺激做出快速的响应。2019年，yu等[35]人利用这种不对称变形机制，借助3D打印技术和表面修饰方法，设计出具有手指响应的仿含羞草驱动器件。1.1.3维纳斯捕蝇草维纳斯捕蝇草是一种非常有趣的食虫植物，如图1-3所示，它可以利用叶子顶端分泌汁液且长满小刺的半圆状叶片夹住前来觅食的昆虫，整个过程在几秒钟内完成[36]。在猎物被消化殆尽后，它们会重新张开叶片，等待下一个觅食者的
引言3到来。Zeng等人[37]，以捕蝇草为灵感，设计了一种可以自主驱动的光响应捕蝇器。将光敏液晶弹性体（LCE）作为非接触式探头驱动材料，用以感知环境的变化，从而实现自动关闭和识别目标的目的。仿生捕蝇器可以实现自我调节驱动，为软物质材料驱动、自主小型设备的开发提供了思路[38-42]。图1-3（a）捕蝇草图片；（b）停留在捕蝇草叶片上的昆虫；（c）捕蝇草闭合叶片捕食昆虫。Fig.1-3(a)Pictureofvenusflytrap;(b)Aninsectstaysonthebladeofthevenusflytrap;(c)Venusflytrapclosesleaftocatchandfeedoninsect.1.1.4石斛兰图1-4石斛兰螺旋花瓣图片。Fig.1-4PictureoftheDendrobiumhelixpetals.大自然神奇的植物总让人赏心悦目，如图1-4所示，石斛兰是一种观赏类植物，花瓣可以螺旋生长，这种奇妙的行为方式引起众多研究者的关注[38]。2019年，wang等人[39]受石斛兰花瓣螺旋行为启发，利用新兴的3D打印技术，通过在水凝胶条的侧面引入二次微观结构，从而构建出可编程的水凝胶驱动薄膜。该薄膜可以在湿度刺激下，通过自身结构的不对称溶胀特性从而实现各种复杂的3D形变。
本文编号：3582847
【文章来源】：西北师范大学甘肃省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）茅膏草；（b）停留在茅膏草叶片上的昆虫；（c）茅膏草弯曲叶片捕食昆虫
引言2图1-1（a）茅膏草；（b）停留在茅膏草叶片上的昆虫；（c）茅膏草弯曲叶片捕食昆虫。Fig.1-1(a)Pictureofsundew;(b)Aninsectstaysonthebladeofthesundew;(c)Sundewbendsleaftocatchandfeedoninsect.1.1.2含羞草植物是设计新型智能材料和设备的重要灵感来源[30,31]。如果用手指触摸含羞草的叶子，它们会在几秒钟内闭合，如图1-2所示：图1-2（a）含羞草图片；（b）含羞草叶片闭合。Fig.1-2(a)Picturesofmimosas;(b)Closedmimosaleaf.这是由于叶片细胞中水分的局部收集和定向迁移，导致部分区域浓度差异造成的。这种由不对称膨胀结构引起的变形称为“seismonastic反应”[32,33]，利用其形变机制科学家们开发出各式各样的驱动器件。2016年，wang等人[34]受含羞草启发设计出具有优越机械性能的Janus结构薄膜，能够有效的将表面能量转化为定向动能和弹性势能，并对水刺激做出快速的响应。2019年，yu等[35]人利用这种不对称变形机制，借助3D打印技术和表面修饰方法，设计出具有手指响应的仿含羞草驱动器件。1.1.3维纳斯捕蝇草维纳斯捕蝇草是一种非常有趣的食虫植物，如图1-3所示，它可以利用叶子顶端分泌汁液且长满小刺的半圆状叶片夹住前来觅食的昆虫，整个过程在几秒钟内完成[36]。在猎物被消化殆尽后，它们会重新张开叶片，等待下一个觅食者的
引言3到来。Zeng等人[37]，以捕蝇草为灵感，设计了一种可以自主驱动的光响应捕蝇器。将光敏液晶弹性体（LCE）作为非接触式探头驱动材料，用以感知环境的变化，从而实现自动关闭和识别目标的目的。仿生捕蝇器可以实现自我调节驱动，为软物质材料驱动、自主小型设备的开发提供了思路[38-42]。图1-3（a）捕蝇草图片；（b）停留在捕蝇草叶片上的昆虫；（c）捕蝇草闭合叶片捕食昆虫。Fig.1-3(a)Pictureofvenusflytrap;(b)Aninsectstaysonthebladeofthevenusflytrap;(c)Venusflytrapclosesleaftocatchandfeedoninsect.1.1.4石斛兰图1-4石斛兰螺旋花瓣图片。Fig.1-4PictureoftheDendrobiumhelixpetals.大自然神奇的植物总让人赏心悦目，如图1-4所示，石斛兰是一种观赏类植物，花瓣可以螺旋生长，这种奇妙的行为方式引起众多研究者的关注[38]。2019年，wang等人[39]受石斛兰花瓣螺旋行为启发，利用新兴的3D打印技术，通过在水凝胶条的侧面引入二次微观结构，从而构建出可编程的水凝胶驱动薄膜。该薄膜可以在湿度刺激下，通过自身结构的不对称溶胀特性从而实现各种复杂的3D形变。
本文编号：3582847
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