导电形状记忆水凝胶的制备及性能研究
发布时间：2021-06-22 13:57
水凝胶由于其优异的生物相容性和高延展性而具有广阔的应用前景。作为智能水凝胶的一种,形状记忆水凝胶是一种对外界刺激产生响应的柔软材料,并且可以固定暂时变形和记忆原始永久形状,因此在药物释放、执行器和人工肌肉等领域迅速的引起人们的关注。但是,传统形状记忆水凝胶中由于导电介质的缺失,所以并不具备导电性能,严重限制了水凝胶在传感器方面的应用。因此,制备一种具有导电功能的形状记忆水凝胶是一项非常有意义的工作。本论文第一部分中探讨了阳离子壳聚糖/氧化石墨烯（GO）的引入对水凝胶的力学性能的影响。其中,聚乙烯醇（PVA）和丙三醇之间通过多重氢键桥接形成第一网络,阳离子壳聚糖和GO之间通过静电作用形成第二网络,两种网络协同作用构建了双网络水凝胶的网络结构。第二网络作为牺牲网络的引入,显著提升了双网络水凝胶的力学性能,PVA-阳离子壳聚糖双网络水凝胶的断裂应力高达1.6 Mpa,断裂应变大于900%,弹性模量和韧性分别为412 kPa和6.2 MJ/m3。我们还对水凝进行了流变测试,结果表明阳离子壳聚糖/GO网络的引入提升了水凝胶内部交联密度,进而大大的改善了水凝胶的力学性能。本论...
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：54 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PVA-TA单层形状记忆水凝胶的结构和形状记忆行为示意图
第1章绪论3虽然基于可逆的非共价交联水凝胶可以实现高效的形状记忆行为，但是这种策略通常只能实现简单的形变，这意味着很难实现很难固定弹性变形和从弹性变形恢复至永久形状。此外，传统的形状记忆水凝胶在变形时无法存储和释放高弹性能量。Liu等人通过甲基丙烯酸月桂酯（LMA）和N,N-二甲基丙烯酰胺（DMA）制备了具有二元相特征的高应变形状记忆有机凝胶[36]。LMA乳液体系通过原位聚合形成的微有机凝胶结构，在纳米粘土固体乳化剂的作用下，稳定的分散在DMA构成的凝胶骨架中。同时在乳液聚合过程中，LMA和DMA在乳液界面共价连接，从而在分子规模上形成连续的两亲网络，其二元网络结构如图1.2所示。在双协同相作用下，水凝胶在载荷约等于20倍有机水凝胶重量的情况下，可以完全恢复高达2600%的拉伸变形和高达85%的压缩变形。此外，得益于有机相的作用，当水凝胶从变形中恢复形状时，还可以释放出大量储存的能量。图1.2（a）二元有机形状记忆水凝胶的机理和结构图;（b）压缩后的二元有机形状记忆水凝胶在Tm（70°C）以上时，恢复初始形状并负载20g重物1.2.2双层结构形状记忆水凝胶具有两层不同响应特性的双层形状记忆水凝胶，被认为是通过空间不均匀应力诱导形状驱动的最直接的设计[37]。例如，存在两个异质层，这些异质层是物理连接的或化学交联的，两层将经历不同或完全相反的溶胀行为，这将进一步放大两层之间的局部应力失配，从而引起形状变化。现在已经开发出了不同的方法制造双层水凝胶致动器，包括化学气相沉积（CVD）[38]，电泳[39]，“微流体”[40]和两种不同的均质水凝胶的
娜苷?收缩的失配，开发了由具有梯度、双层甚至多层结构的多组分制备的不同聚（N-异丙基丙烯酰胺）基水凝胶，以实现温度响应性驱动。例如，创建基于聚（N-异丙基丙烯酰胺）的双层水凝胶的第一个策略是简单地将不同的纳米复合物添加到聚（N-异丙基丙烯酰胺）水凝胶网络中，这可以形成富含聚合物和纳米复合物的双层结构，以实现非同步的热诱导变化进而实现移动物体等动作。Chen等人将粘土整合到聚（N-异丙基丙烯酰胺）水凝胶中，聚（N-异丙基丙烯酰胺）粘土纳米复合水凝胶便形成了双层结构，并且每一层都包含不同含量的粘土（图1.3）[43]。通过调节高含量粘土层与低含量粘土层的厚度比，就可以利用编程方式实现热致弯曲致动。由于聚（N-异丙基丙烯酰胺）黏土水凝胶的机械强度随黏土含量的增加而增加，因此在40°C的水中浸泡后，聚（N-异丙基丙烯酰胺）粘土水凝胶倾向于向较厚的黏土层弯曲，从而可以在2分钟之内实现超过180°明显弯曲度。并且当将水温从40°C切换到25°C时，这种弯曲也是可逆的。图1.3由不同含量粘土组成的纳米复合PBIPAM双层形状记忆水凝胶机理图Okay等人将具有不同结晶融化温度的n-十八烷基丙烯酸酯（C18A）和十二烷基甲基丙烯酸酯（C12M）通过界面的疏水作用键合而制备了双层形状记忆水凝胶，如
本文编号：3242964
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：54 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PVA-TA单层形状记忆水凝胶的结构和形状记忆行为示意图
第1章绪论3虽然基于可逆的非共价交联水凝胶可以实现高效的形状记忆行为，但是这种策略通常只能实现简单的形变，这意味着很难实现很难固定弹性变形和从弹性变形恢复至永久形状。此外，传统的形状记忆水凝胶在变形时无法存储和释放高弹性能量。Liu等人通过甲基丙烯酸月桂酯（LMA）和N,N-二甲基丙烯酰胺（DMA）制备了具有二元相特征的高应变形状记忆有机凝胶[36]。LMA乳液体系通过原位聚合形成的微有机凝胶结构，在纳米粘土固体乳化剂的作用下，稳定的分散在DMA构成的凝胶骨架中。同时在乳液聚合过程中，LMA和DMA在乳液界面共价连接，从而在分子规模上形成连续的两亲网络，其二元网络结构如图1.2所示。在双协同相作用下，水凝胶在载荷约等于20倍有机水凝胶重量的情况下，可以完全恢复高达2600%的拉伸变形和高达85%的压缩变形。此外，得益于有机相的作用，当水凝胶从变形中恢复形状时，还可以释放出大量储存的能量。图1.2（a）二元有机形状记忆水凝胶的机理和结构图;（b）压缩后的二元有机形状记忆水凝胶在Tm（70°C）以上时，恢复初始形状并负载20g重物1.2.2双层结构形状记忆水凝胶具有两层不同响应特性的双层形状记忆水凝胶，被认为是通过空间不均匀应力诱导形状驱动的最直接的设计[37]。例如，存在两个异质层，这些异质层是物理连接的或化学交联的，两层将经历不同或完全相反的溶胀行为，这将进一步放大两层之间的局部应力失配，从而引起形状变化。现在已经开发出了不同的方法制造双层水凝胶致动器，包括化学气相沉积（CVD）[38]，电泳[39]，“微流体”[40]和两种不同的均质水凝胶的
娜苷?收缩的失配，开发了由具有梯度、双层甚至多层结构的多组分制备的不同聚（N-异丙基丙烯酰胺）基水凝胶，以实现温度响应性驱动。例如，创建基于聚（N-异丙基丙烯酰胺）的双层水凝胶的第一个策略是简单地将不同的纳米复合物添加到聚（N-异丙基丙烯酰胺）水凝胶网络中，这可以形成富含聚合物和纳米复合物的双层结构，以实现非同步的热诱导变化进而实现移动物体等动作。Chen等人将粘土整合到聚（N-异丙基丙烯酰胺）水凝胶中，聚（N-异丙基丙烯酰胺）粘土纳米复合水凝胶便形成了双层结构，并且每一层都包含不同含量的粘土（图1.3）[43]。通过调节高含量粘土层与低含量粘土层的厚度比，就可以利用编程方式实现热致弯曲致动。由于聚（N-异丙基丙烯酰胺）黏土水凝胶的机械强度随黏土含量的增加而增加，因此在40°C的水中浸泡后，聚（N-异丙基丙烯酰胺）粘土水凝胶倾向于向较厚的黏土层弯曲，从而可以在2分钟之内实现超过180°明显弯曲度。并且当将水温从40°C切换到25°C时，这种弯曲也是可逆的。图1.3由不同含量粘土组成的纳米复合PBIPAM双层形状记忆水凝胶机理图Okay等人将具有不同结晶融化温度的n-十八烷基丙烯酸酯（C18A）和十二烷基甲基丙烯酸酯（C12M）通过界面的疏水作用键合而制备了双层形状记忆水凝胶，如
本文编号：3242964
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