基于方向浸润的单材料Janus反蛋白石结构聚离子液体驱动器

发布时间：2020-05-07 12:30

【摘要】：溶剂型驱动材料能借助空气中微小的湿度变化或溶剂气氛的变化实现化学能转化成机械能,并在机器人、人造肌肉等方面的应用而广受关注。目前的智能驱动材料多为双层结构,存在反复驱动过程中容易磨损,驱动效率低,功能性较少等问题。本论文结合光子晶体特殊的光调控性,将光子晶体与聚离子液体水凝胶结合,发展制备了一种新型的Janus结构反蛋白石结构驱动器聚(离子液体-共聚-甲基丙烯酸甲酯)。主要研究内容如下:1.Janus反蛋白石结构聚(离子液体-共聚-甲基丙烯酸甲酯)驱动器制备。将离子液体单体、甲基丙烯酸甲酯及引发剂的溶液填充到蛋白石结构光子晶体模板间隙,通过光照聚合然后去除模板的方法,制备得到具有Janus结构的反蛋白石结构驱动器。该样品具有几何结构和化学组成的双重Janus性。几何结构Janus性是指样品的一面为较平滑的大孔结构,另一面是较粗糙的小孔结构;化学组成Janus性是指样品的一面富含较多亲水性聚离子液体,而另一面富含较多疏水性聚甲基丙烯酸甲酯。2.Janus反蛋白石结构聚(离子液体-共聚-甲基丙烯酸甲酯)驱动器的形成机理。几何结构Janus性的形成是由于沿厚度方向的紫外光强梯度引起的聚合填充量不同,光强的地方引起更多单体的聚合及填充,导致形成大孔结构;而光弱的地方引起更少单体的聚合及填充,形成小孔结构。化学Janus性是由于离子液体和甲基丙烯酸甲酯单体在甲醇体系的不同聚合性所引起。实验发现,离子液体在甲醇体系具有较甲基丙烯酸甲酯更优异的聚合性能。在紫外光照聚合过程中,甲醇浓度会在厚度方向形成由大到小的梯度分布,甲醇浓度高的地方离子液体聚合性好,甲醇浓度低的地方甲基丙烯酸甲酯聚合性好。最终导致聚离子液体含量随厚度方向逐渐减少,而聚甲基丙烯酸甲酯含量随厚度方向逐渐增加。3.聚离子液体Janus驱动器的驱动性能。文中仔细考察了溶剂组成,离子液体含量,孔尺寸大小等对驱动性能,包括弯曲角度、曲率、驱动速率等的影响。研究了样品的可逆的驱动性能,并研究了驱动过程中光子晶体的结构色彩及光谱带隙的变化。文章还研究了利用其驱动性能实现重物输运,及转动轴承等。
【图文】：

自然界,形状,湿度变化,芝麻

０７￣４６］逡逑０逡逑豆荚［４７】（图１邋－１Ａ）、小麦芒［４８］（（图１邋－１Ｂ）、芝麻［４９］（图１邋－１邋Ｃ）、松果【５Ｇ］（（图１邋－１Ｄ）、逡逑兰花荚等在干燥过程中会由于湿度变化而引起壳层打开，使种子释放＾５0］。牵牛逡逑花的花瓣（图１－１Ｅ）早上吸水盛开，晚上失水闭合。自然界的这些湿度驱动现象逡逑引起了科学家极大关注。德国Ｍａｘ普朗克胶体与界面研究所的Ｆｒａｔｚｌ教授研宄逡逑了麦芒在湿度变化时发生的扩张或收缩［４８】，湿度减小引起的麦芒扩张会使麦粒种逡逑子飞出掉入泥土，有利于种子的繁衍。日常的湿度变化就可以实现麦芒的扩张引逡逑起种子分散到土地中所需要的运动。受自然界生物体的启发具有湿度及溶剂响应逡逑性的聚合物驱动材料引起了广泛的研宄关注［５１＃］。逡逑＿酵曑逡逑图１－１自然界中植物吸水膨胀前后形状变化。（Ａ）豆荚Ｗ（Ａ）小麦芒１４８］（Ｃ）芝麻荚逡逑州（Ｄ）松果，Ｅ）牵牛花逡逑Ｉ逡逑

驱动器,苯乙炔,承托层,双轴

苯乙炔（ＰＴＭＳＤＰＡ）为活性响应层、双轴向聚丙炼（ＢＯＰＰ）为承托层制备了水响逡逑应驱动器。该驱动器除了具有一般柔性材料驱动器对化学刺激响应的可逆的体积逡逑膨胀川夂缩，其共轭聚合物结构变化还引起光学性质的变化（图１－２Ａ）。这是由于逡逑共辄聚合物层吸水体积膨胀的同时诱导电子结构或荧光信号变化，，该过程可多次逡逑循环而不疲劳降解。２０１７年哈尔滨工业大学贺强教授研宄团队＿报道了用聚苯逡逑并恶唑纳米纤维加固的湿度响应型驱动器。该驱动器由湿敏性聚（对亚苯基苯并逡逑双恶唑）纳米纤维（ＰＢＯＮＦ）增强碳纳米管／聚（乙烯醇）（ＣＮＴ／ＰＶＡ）双层逡逑膜组成（图１－２Ｂ）。嵌入式ＰＢＯＮＦ不仅可以帮助ＣＮＴ形成连续的导电膜，而逡逑３逡逑
【学位授予单位】：湖南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O631

【参考文献】