形状记忆高分子纳米复合结构的构建及其性能研究

发布时间：2017-06-26 03:02

  本文关键词：形状记忆高分子纳米复合结构的构建及其性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为新兴的智能材料,形状记忆高分子的形状记忆效应可以归因于其高分子网络中的网点和可逆开关单元；它们能“记住”一个或多个临时赋形,当受到如热、水、光等外界刺激就能恢复其原始的形态。形状记忆高分子具备突出的刺激响应性和驱动性,倍受各界关注,而形状记忆高分子材料及其应用技术在2015年就跻身国家重点支持的高新技术。形状记忆高分子与各种各样纳米材料结合是近年来受关注的研究热点之一,形状记忆高分子纳米复合材料可以极大地强化或者拓展形状记忆高分子的功能,完善其应用技术。本论文以功能性形状记忆聚氨酯为基材,通过与碳纳米管、银纳米线、金等纳米材料复合,构建了一系列新型的纳米复合结构,重点研究了复合体系的多重刺激响应传感性能,具体包括：热／电、水和光学传感性能。主要工作如下：(1)采用简易的转移法,制备了具有双层结构的纳米银线／形状记忆聚酯(AgNWs/SMPU)纳米复合材料,用SEM对复合材料的微观形貌和结构进行了表征,AgNWs镶嵌在SMPU基材的表层。通过拉力试验机、电化学工作站等展开性能分析,复合材料表现出良好的柔韧性和优越的导电性,而且其导电性呈现与拉伸形变相关的可逆变化。实验发现,电流和高温都能驱动被赋形的复合材料回复原始形状,而电流能使复合材料在5s内实现快速回复(回复率82%)；高温刺激被拉伸赋形的复合材料回复形状的同时,材料的导电性也得以恢复。该材料通过电信号的变化可以对外界温度做出应答,是一种新颖的导电型温度传感器的理想材料。(2)通过简易的转移法,制备了具有双层结构的碳纳米管／形状记忆聚酯(CNTs/SMPU)纳米复合材料,用SEM、接触角测量仪和电化学工作站等对复合材料的微观形貌、结构以及性能进行了表征,嵌在SMPU基材表层的CNTs赋予了材料导电性并改善了SMPU的亲水性,所以对复合材料的电和水刺激响应的形状记忆效应进行了探索,并发现电响应的形状记忆行为明显比水响应的快。结合两种刺激响应性,设计了一个膨胀过程来试验该复合材料的水传感效果。结果表明,拉伸赋形可以增大复合材料与水接触时的电阻率变化幅度,提高对水灵敏度。(3)利用真空磁控溅射法在事先拉伸赋形的SMPU基材上沉积一层单质Au纳米层,由于两者刚性失配,在形状回复行为中SMPU基材表层就会形成Au微纳米褶皱,从而制备了Au/SMPU纳米复合体系。利用AFM对复合材料的表面形貌进行了表征,采用软件Nanoscope对褶皱分布进行统计分析。本论文探索了SMPU基材不同的拉伸比率对Au微纳米褶皱形貌的影响,并发现在微米褶皱表面上共存着一种次生的Au纳米岛状结构。通过P3HT(聚噻吩)的拉曼检测实验发现,Au/SMPU纳米复合体系具有表面拉曼增强效应,增强比可达7-8倍；对P3HT(旋涂)的检测限低达5×10-2mg/mL。
【关键词】：形状记忆高分子纳米复合材料 银纳米线 碳纳米管 金微纳米褶皱 传感
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ317;TB33
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第一章 绪论14-29
• 1.1 引言14
• 1.2 形状记忆高分子14-19
• 1.2.1 形状记忆高分子的形状回复机理15-17
• 1.2.2 形状记忆聚氨酯的简介17-19
• 1.3 形状记忆高分子纳米复合材料19-24
• 1.3.1 电诱导SMPs纳米复合材料19-20
• 1.3.2 水诱导SMPs纳米复合材料20-21
• 1.3.3 磁诱导SMPs纳米复合材料21-22
• 1.3.4 光诱导SMPs纳米复合材料22-23
• 1.3.5 小结23-24
• 1.4 SMPs材料的应用24-27
• 1.4.1 生物医学领域24-25
• 1.4.2 航天航空领域25-26
• 1.4.3 传感领域26-27
• 1.4.4 小结27
• 1.5 本课题的研究意义和研究内容27-29
• 第二章 AgNWs/SMPU纳米复合体系的构建及电、热传感性能研究29-39
• 2.1 引言29
• 2.2 实验部分29-33
• 2.2.1 实验原料及仪器29-30
• 2.2.2 纳米银线(AgNWs)的制备和纯化30-31
• 2.2.3 AgNWs/SMPU复合材料的制备31-32
• 2.2.4 形貌及性能表征测试32-33
• 2.3 结果与讨论33-38
• 2.3.1 AgNWs和AgNWs/SMPU复合材料形貌分析33-34
• 2.3.2 电致发热驱动的形状记忆效应34-37
• 2.3.3 AgNWs/SMPU复合材料的温度传感37-38
• 2.4 小结38-39
• 第三章 CNTs/SMPU纳米复合体系的构建及双重刺激响应的研究39-49
• 3.1 引言39
• 3.2 实验部分39-42
• 3.2.1 实验原料及仪器39-40
• 3.2.2 MWCNTs的氧化改性40-41
• 3.2.3 CNTs/SMPU纳米复合材料的制备41
• 3.2.4 形貌及性能表征测试41-42
• 3.3 结果与讨论42-48
• 3.3.1 CNTs改性效果42-44
• 3.3.2 CNTs/SMPU复合材料形貌分析44
• 3.3.3 CNTs/SMPU复合材料的双重刺激形状记忆效应44-47
• 3.3.4 CNTs/SMPU复合材料的水传感效应47-48
• 3.4 小结48-49
• 第四章 Au/SMPU纳米复合材料的构建及其光谱增强效应49-58
• 4.1 引言49
• 4.2 实验部分49-52
• 4.2.1 实验原料及仪器49-50
• 4.2.2 Au/SMPU复合材料的制备50-51
• 4.2.3 Au/SMPU复合材料的形貌表征和性能测试51-52
• 4.3 结果与讨论52-57
• 4.3.1 Au/SMPU复合材料的形貌分析52-53
• 4.3.2 Au/SMPU复合材料表面褶皱的统计分析53-56
• 4.3.3 Au/SMPU复合材料的表面拉曼增强效应56-57
• 4.4 小结57-58
• 结论与展望58-60
• 参考文献60-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文和申请的专利71-73
• 致谢73

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1 黎志伟;形状记忆高分子纳米复合结构的构建及其性能研究[D];广东工业大学;2016年

  本文关键词：形状记忆高分子纳米复合结构的构建及其性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：484506