PNIPAM基复合水凝胶的制备及驱动行为研究
发布时间：2021-08-14 02:53
聚合物水凝胶基致动器是指智能的刺激响应水凝胶,在各种外部刺激时会产生可逆地变形。将诸如pH,光,热,磁场和离子强度之类的外部能量转换为机械运动的水凝胶致动器在近年来引起了极大的关注。为了确保水凝胶致动器在广泛领域中的实用性,需要建立稳定可靠的快速响应和快速恢复性能。已经提出了几种解决方案,例如,使用纳米复合材料在水凝胶中构筑多孔和各向异性结构,以提高响应速度和变形效率。本论文主要从蒙脱土（MMT）与聚异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）复合水凝胶制备和致动器结构设计出发,设计出高响应速度和高恢复速度的水凝胶致动器。本论文的研究内容主要包括以下部分:1.制备MMT-PNIPAM复合水凝胶,并构筑水凝胶致动器,通过控制MMT含量来控制水凝胶的驱动方向,通过结构设计来提高致动器的驱动多样性。结果表明,MMT含量为0.2 g时该致动器响应可达36°/s,响应幅度可达289°,可通过水凝胶结构设计实现字母“Z”“S”“T”“U”等可控驱动。2.为了解决水凝胶驱动变形后恢复慢的问题,我们在MMT-PNIPAM复合水凝胶的基础上,采用3-氨丙基三乙氧基硅烷水解处理MMT,使其表面正电化,并通过异种电荷吸引...
【文章来源】：浙江理工大学浙江省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２基于以下条件的水凝胶致动器：（ａ）由滲透压变化驱动的刺激响应水凝胶示意图，（ｄ）受变化磁??场控制的磁性粒子的水凝胶示意图，（ｇ）受变化电场控制的自由离子的水凝胶示意图，和（ｊ）具有腔室??结构的通过液压或气压致动的水凝胶示意图
浙江理工大学硕士学位论文?ＰＮＩＰＡＭ基复合水凝胶的制备及驱动行为研究??１．３水凝胶致动器的各向异性结构??普遍原则是，材料的潜在用途主要由特性决定，而特性基本上由结构决定。因此，??各向异性结构的设计和制造对于水凝胶致动器的开发至关重要。到目前为止，各种非均??质结构包括双层结构１〇８－７牝梯度结构１７１－７３１，图案化结构「４力１，定向结构１７６－７９１，等己被探??索（图１．３）??（ＣＭＨＦ?（Ｖ?Ｊ??議國＿圓??Ｂｉｌａｙｅｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?Ｇｒａｄｉｅｎｔ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?Ｏｒｉｅｎｔｅｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??图１．３各种各向异性结构的示意图，包括双层结构，梯度结构，图案化结构和定向结构ｌ８＂ｌ??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３．?Ｔｈｅ?ｃａｒｔｏｏｎ?ｇｕｒｅｓ?ｏｆ?ｖａｒｉｏｕｓ?ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，?ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ?ｂｉｌａｙｅｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，?ｇｒａｄｉｅｎｔ??ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，?ｐａｔｔｅｒｎｅｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，?ａｎｄ?ｏｒｉｅｎｔｅｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ＇８０１??１．３．１双层结构??由两个具有不同溶胀率或溶胀率的水凝胶片组成的双层水凝胶致动器己经成功开发，??可以根据两个部件的不对称响应特性进行可控制的变形，例如弯曲和弯曲。为了构建双??层水凝胶致动器，己经探索了几种方法，包括逐层聚合，通过可逆开关组装不同的水凝??胶（例如主客相互作用）和氢键。（例如主客相互作用）和氢键。??逐层聚合ｌ６９，８ｔ＞ｌ是一种用于制造具有双层结构的水凝胶致动器的广泛使用的策略。在??制备过程中，第二层的单
?海＃＿?＿??＂Ｍｉ、丄、、丄、??■＃？?ｓｗｅｌｌｉｎｇ?ｓｈｒｉｎｋｉｎｇ?＂＇°＊ｐ＇，，Ｙ??＾０?—??Ｒｅｌｅａｓｅ?ｗａｔｅｒ?ｗｉｔｈ?ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?（ＬＣＳＴ）??（ｂ）?Ｃｌｏｓｅ?ａｎｄ?ｒｅｏｐｅｎ?ｉｎ?ｗａｔｅｒ?（ｃ）?Ｃｌｏｓｅ?ａｎｄ?ｒｅｏｐｅｎ?ｉｎ?ｏｉｌ??ａ＾Ｊｌ??（ｄ）?Ｇｒａｓｐ?ａｎｄ?ｒｅｌｅａｓｅ?ｉｎ?ａｉｒ??＿?．?＿｜Ｐ??产一５』?Ｇｒａｓｐ?ｒ?Ｒｅｌｅａｓｅ??图１．４⑷制成了由ＰＮＩＰＡＭ层和Ｐ（ＡＡｃ－ｃｏ＾ＡＡｍ）层组成的双层水凝胶，ＰＮ１ＰＡ１Ｖ１层会随着温度的升??高而释放水，而Ｐ（ＡＡ〇Ｃ〇－ＡＡｍ）层会吸收水随着温度升高，水会滲入水中，结果双层水凝胶会弯??曲。（ｂ）在４０和丨５°Ｃ的水中关闭和重新打开水凝胶凝胶剂。（ｃ＞在４０和丨５°Ｃ下关闭和重新打开水??凝胶剂。ｄ＞水凝胶夹持器抓住加热的金属丝，将其提起，并在与冰冷的表面接触时释放１８３１。??Ｆｉｇ．１．４?（ａ）?Ａ?ｂｉｌａｖｅｒ?ｈｙｄｒｏｇｅｌ?ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ?ｏｆ?ａ?ＰＮＩＰＡＭ?ｌａｙｅｒ?ａｎｄ?ａ?Ｐ（ＡＡｃ－ｃｏ－ＡＡｍ）?ｌａｙｅｒ?ｉｓ?ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ，??ｔｈｅ?ＰＮ１ＰＡＭ?ｌａｙｅｒ?ｗｏｕｌｄ?ｒｅｌｅａｓｅ?ｗａｔｅｒ?ｗｉｔｈ?ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，?ｗｈｉｌｅ?ｔｈｅ?Ｐ（ＡＡｃ－ｃｏ－ＡＡｍ）?ｌａｙｅｒ??ｗｏｕｌｄ?ｕｐｔａｋｅ?ｗａｔｅｒ?ｗｉｔｈ?ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｂｉｌａｙｅｒ?ｈｙｄｒｏｇｅｌ?ｗｏｕｌｄ?ｂ
本文编号：3341623
【文章来源】：浙江理工大学浙江省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２基于以下条件的水凝胶致动器：（ａ）由滲透压变化驱动的刺激响应水凝胶示意图，（ｄ）受变化磁??场控制的磁性粒子的水凝胶示意图，（ｇ）受变化电场控制的自由离子的水凝胶示意图，和（ｊ）具有腔室??结构的通过液压或气压致动的水凝胶示意图
浙江理工大学硕士学位论文?ＰＮＩＰＡＭ基复合水凝胶的制备及驱动行为研究??１．３水凝胶致动器的各向异性结构??普遍原则是，材料的潜在用途主要由特性决定，而特性基本上由结构决定。因此，??各向异性结构的设计和制造对于水凝胶致动器的开发至关重要。到目前为止，各种非均??质结构包括双层结构１〇８－７牝梯度结构１７１－７３１，图案化结构「４力１，定向结构１７６－７９１，等己被探??索（图１．３）??（ＣＭＨＦ?（Ｖ?Ｊ??議國＿圓??Ｂｉｌａｙｅｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?Ｇｒａｄｉｅｎｔ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?Ｏｒｉｅｎｔｅｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??图１．３各种各向异性结构的示意图，包括双层结构，梯度结构，图案化结构和定向结构ｌ８＂ｌ??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３．?Ｔｈｅ?ｃａｒｔｏｏｎ?ｇｕｒｅｓ?ｏｆ?ｖａｒｉｏｕｓ?ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，?ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ?ｂｉｌａｙｅｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，?ｇｒａｄｉｅｎｔ??ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，?ｐａｔｔｅｒｎｅｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，?ａｎｄ?ｏｒｉｅｎｔｅｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ＇８０１??１．３．１双层结构??由两个具有不同溶胀率或溶胀率的水凝胶片组成的双层水凝胶致动器己经成功开发，??可以根据两个部件的不对称响应特性进行可控制的变形，例如弯曲和弯曲。为了构建双??层水凝胶致动器，己经探索了几种方法，包括逐层聚合，通过可逆开关组装不同的水凝??胶（例如主客相互作用）和氢键。（例如主客相互作用）和氢键。??逐层聚合ｌ６９，８ｔ＞ｌ是一种用于制造具有双层结构的水凝胶致动器的广泛使用的策略。在??制备过程中，第二层的单
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本文编号：3341623
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