基于磁性纳米粒子的智能变色凝胶及凝胶驱动器
发布时间：2022-02-13 15:53
本工作的主要目的是制备由磁性粒子和刺激响应组分构成的功能性复合水凝胶,扩展其功能性应用的同时提升原有性能。本工作的研究思路是首先采用中性单体制备得到变色凝胶再水解获得p H刺激-响应性的功能。通过构建双网络的方法提升其力学性能,并建立了凝胶应变-电阻比变化-颜色变化的对应关系;然后通过往水中引入无机纳米粘土颗粒Laponite XLG,获得了稳定变色的温敏性水凝胶,研究了其变色驱动行为及不同配方对凝胶性能的影响;最后采用原位合成法获得聚两性电解质磁性水凝胶,探索了其在酸碱溶液中力学性能的形状记忆行为,并设计了驱动器。本工作的主要内容如下:1.p H刺激-响应性变色凝胶的制备是通过非离子型单体甲基丙烯酸-2-羟乙酯（HEMA）、丙烯酰胺（AM）与在磁场下可有序排列的碳包覆的四氧化三铁（Fe3O4@C）磁性纳米粒子共聚后水解得到,该凝胶可在p H值为2～7范围内呈现不同颜色响应,且该过程可逆。通过构建双网络水凝胶的方法制备了力学性能大幅提升的变色水凝胶,其断裂强度最高可达875 k Pa;通过往其中引入Na Cl溶液,建立了应变-电阻比变化-颜色...
【文章来源】：华南理工大学广东省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)水凝胶在75℃的热塑性行为；(b)室温下的形状记忆行为[37]
（GO）、明胶和海藻酸钠，注入自制模具进一步处理后获得导管，该导管管壁均匀，不仅具有良好的柔韧性，还能够有效促进修复大鼠坐骨神经损伤，在神经再生方面具有潜在应用。Sun等人[44]在磁场下通过具有磁响应的钛酸盐电解质TiNS片层关联PNIPAM水凝胶，同时引入金（Au）纳米粒子，获得了Au/TiNS/PNIPAM复合水凝胶。TiNS片层在磁场下取向排列，限制了复合水凝胶的变形方向，故当激光照射时，Au纳米粒子发热引起PNIPAM水凝胶相变，凝胶只能沿片层面的剪切方向发生变形，故而形成了类似于蚯蚓爬行的驱动，如图1-2所示。图1-2Au/TiNS/PNIPAM复合水凝胶在激光照射下模仿蚯蚓爬行[44]Fig.1-2TheAu/TiNS/PNIPAMcompositehydrogelmimicsearthwormcrawlunderlaserlight[44]近年来，纳米材料逐渐凸显的独特功能及其飞速发展的趋势，使得越来越多的科研人员愈发关注其与聚合物的协同作用[45]。本工作主要内容也属于复合水凝胶的范畴，其中重点关注通过无机粒子与刺激-响应单元复合得到的变色凝胶和磁性水凝胶的功能性，后续将作进一步介绍。
华南理工大学硕士学位论文41.1.3自修复水凝胶自修复水凝胶可以自主修复使用过程中产生的裂痕，有利于维持本体凝胶网络结构的完整性，使之长期稳定地发挥其功能[46]，目前主要通过动态共价键[47]和非共价键[48,49]两种方法来设计自修复水凝胶，用于水凝胶自修复的动态共价反应通常需要重新应用聚合过程的条件，或者使用pH[50]、紫外光照[51]等外部刺激；而动态非共价作用通常则利用氢键[52]、超分子作用[49]、分子扩散和链缠结等物理交联[53]。Deng等人[54]通过聚环氧乙烷基水凝胶中酸性pH值下发生的酰腙交换反应和碱性pH值下发生的二硫交换反应，获得了室温下可在大范围pH值内自修复的水凝胶；Zhang等人[53]将两份单独的聚乙烯醇水凝胶端口接触，室温下12小时内，界面两端链扩散形成氢键，界面消失，且随着接触时间的延长，自修复率逐渐升高；Wei等人[55]制备了基于多糖的生物相容性自修复水凝胶，其自修复率可达95%；Zhu等人[56]通过引入带负电的粘土片层，制备了明胶/PAM/粘土水凝胶，如图1-3所示，该水凝胶不仅可以导电，还拥有优异的自修复性能、强黏附性能；此外能对盐离子、pH和应力等多重刺激进行响应，展现了良好的生物相容性。图1-3明胶/PAM/粘土水凝胶的自修复过程和黏附行为示意图[56]Fig.1-3Schematicillustrationoftheself-healingprocessandadhensionperformanceofthegelatin/PAM/Clayhydrogel.[56]1.1.4水凝胶驱动器针对不同的外界刺激，在微观或宏观尺度作出可控形状改变等机械响应的装置被称为驱动器[57]，水凝胶由于易于变形、具生物相容性、功能性多样等特征，
本文编号：3623478
【文章来源】：华南理工大学广东省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)水凝胶在75℃的热塑性行为；(b)室温下的形状记忆行为[37]
（GO）、明胶和海藻酸钠，注入自制模具进一步处理后获得导管，该导管管壁均匀，不仅具有良好的柔韧性，还能够有效促进修复大鼠坐骨神经损伤，在神经再生方面具有潜在应用。Sun等人[44]在磁场下通过具有磁响应的钛酸盐电解质TiNS片层关联PNIPAM水凝胶，同时引入金（Au）纳米粒子，获得了Au/TiNS/PNIPAM复合水凝胶。TiNS片层在磁场下取向排列，限制了复合水凝胶的变形方向，故当激光照射时，Au纳米粒子发热引起PNIPAM水凝胶相变，凝胶只能沿片层面的剪切方向发生变形，故而形成了类似于蚯蚓爬行的驱动，如图1-2所示。图1-2Au/TiNS/PNIPAM复合水凝胶在激光照射下模仿蚯蚓爬行[44]Fig.1-2TheAu/TiNS/PNIPAMcompositehydrogelmimicsearthwormcrawlunderlaserlight[44]近年来，纳米材料逐渐凸显的独特功能及其飞速发展的趋势，使得越来越多的科研人员愈发关注其与聚合物的协同作用[45]。本工作主要内容也属于复合水凝胶的范畴，其中重点关注通过无机粒子与刺激-响应单元复合得到的变色凝胶和磁性水凝胶的功能性，后续将作进一步介绍。
华南理工大学硕士学位论文41.1.3自修复水凝胶自修复水凝胶可以自主修复使用过程中产生的裂痕，有利于维持本体凝胶网络结构的完整性，使之长期稳定地发挥其功能[46]，目前主要通过动态共价键[47]和非共价键[48,49]两种方法来设计自修复水凝胶，用于水凝胶自修复的动态共价反应通常需要重新应用聚合过程的条件，或者使用pH[50]、紫外光照[51]等外部刺激；而动态非共价作用通常则利用氢键[52]、超分子作用[49]、分子扩散和链缠结等物理交联[53]。Deng等人[54]通过聚环氧乙烷基水凝胶中酸性pH值下发生的酰腙交换反应和碱性pH值下发生的二硫交换反应，获得了室温下可在大范围pH值内自修复的水凝胶；Zhang等人[53]将两份单独的聚乙烯醇水凝胶端口接触，室温下12小时内，界面两端链扩散形成氢键，界面消失，且随着接触时间的延长，自修复率逐渐升高；Wei等人[55]制备了基于多糖的生物相容性自修复水凝胶，其自修复率可达95%；Zhu等人[56]通过引入带负电的粘土片层，制备了明胶/PAM/粘土水凝胶，如图1-3所示，该水凝胶不仅可以导电，还拥有优异的自修复性能、强黏附性能；此外能对盐离子、pH和应力等多重刺激进行响应，展现了良好的生物相容性。图1-3明胶/PAM/粘土水凝胶的自修复过程和黏附行为示意图[56]Fig.1-3Schematicillustrationoftheself-healingprocessandadhensionperformanceofthegelatin/PAM/Clayhydrogel.[56]1.1.4水凝胶驱动器针对不同的外界刺激，在微观或宏观尺度作出可控形状改变等机械响应的装置被称为驱动器[57]，水凝胶由于易于变形、具生物相容性、功能性多样等特征，
本文编号：3623478
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3623478.html
最近更新
教材专著
