智能高分子材料

1智能高分子材料主要内容智能材料智能高分子材料富勒烯超分子智能材料又称为机敏材料，是具备感知、自诊断、自适应、自修复等功能的材料。温度电场压力磁场湿度声位置光辐射速度化学辐射加速度生物环境感知机械响应液体运动电流流动物理性能功率擦控制化学行为响应生理行为环境反馈系统图1智能材料的感知功能和执行功能具有感知功能，可探测病识别外界（或内部）的刺激强度具有信息传输功能，以设定优化方式选择和控制响应具有对环境变换作出响应及执行的功能反应灵敏恰当外部刺激条件消除后能迅速回复到原始状态。智能材料应具有的功能及特点智能材料智能金属材料智能无机非金属材料智能高分子材料智能材料分类什么是智能高分子材料定义：智能高分子是一类新型高分子材料，在遇热、遇光、遇电，甚至遇到磁场时会急剧膨胀或收缩。特点：集感知、驱动和信息处理于一体，形成类似生物材料那样具有智能属性刺激响应性高分子凝胶高分子凝胶是指三维网络结构的高分子化合物与溶剂组成的体系，高分子主链或侧链上有亲水性（极性）基团和疏水性基团。由于它是一种三维网络立体结构，因此它不被溶剂溶解，同时可以吸收溶剂而溶胀，也可排除溶剂而收缩。它既是高分子的浓溶液又是高弹性的固体，小分子物质能在其中渗透或扩散。外界环境条件（溶剂组分、温度、PH值光、电场、磁场等）相转变行为结构物理性质化学性质……智能响应智能高分子凝胶的体积相转变原因：范德华力、氢键、疏水作用及静电作用力----相互组合和竞争溶胀相收缩相外界环境因子的变化体积不连续变化智能高分子凝胶的刺激响应性与分类温度响应性凝胶光响应性凝胶压力敏感性凝胶电场响应性凝胶刺激物理刺激化学刺激温度光压力电场pH生化盐分类pH响应性凝胶生化响应性凝胶盐敏凝胶富勒烯富勒烯：是一种碳的同素异形体。任何由碳一种元素组成，以球状，椭圆状，或管状结构存在的物质，都可以被叫做富勒烯。结构：富勒烯是一系列纯碳组成的原子簇的总称。它们是由非平面的五元环、六元环等构成的封闭式空心球形或椭球形结构的共轭烯。现已分离得到其中的几种，如C60和C70等富勒烯的应用碳纳米管，巴基管包裹金属碳纳米管中的富勒烯智能超分子体系超分子：指由两种或两种以上分子依靠分子间相互作用结合在一起，组成复杂的、有组织的聚集体，并保持一定的完整性使其具有明确的微观结构和宏观特性。智能高分子材料的一般应用类别性质应用记忆功能高分子材料对应力形状体积色泽等有记忆效应医用材料，包装材料织物材料，热收缩管智能纤维织物聚乙二醇与各种纤维共混物热适应性，可逆收缩性服装保温系统，传感/执行系统，生物医用压力绷带智能高分子凝胶三维高分子网络与溶剂组成的体系，体积相转变组织培养，环境工程，化学机械系统，调光材料，智能药物释放体系智能高分子复合材料集成传感器、信息处理器和功能驱动器，多学科交叉产物自愈合，自应变，自动修补混凝土，减震速造建筑材料，形状记忆合金与复合功能器件，压电材料智能高分子膜选择性渗透、选择性吸附和分离等膜的组成、结构和形态的变化--智能化选择透过膜材，传感膜材，仿生膜材，人工肺智能高分子材料展望随着材料科学的发展，智能高分子材料具有广阔的发展空间和应用前景。Nishi等曾研究了一系列这类聚合物水凝胶,如轻度交联的甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酸N,N-二甲基胺乙酯(DMA)的共聚物。姚康德等对聚(环氧乙烷-共-环氧丙烷)-星型嵌段-丙烯酰胺]/交联聚丙烯酸互穿网络凝胶(P[(EG-co-PG)-Sb-AAM]/Cr-PAA)进行了研究。pH敏性凝胶pH响应性凝胶是其体积能随环境pH值变化的高分子凝胶。这类凝胶大分子网络中具有可解离的基团，其网络结构和电荷密度随介质pH值变化，并对凝胶网络的渗透压产生影响；同时因网络中增加了离子，离子强度的变化也引起体积的变化。pH响应性凝胶，亦可以是物理交联的刚直的非极性结构与柔韧的极性结构组成的嵌段聚合物。例如多嵌段聚胺凝胶，其分子链中含有聚脲链段(硬段)和聚氧化乙烯链段(软段)。2）pH值PNIPAM及其共聚物凝胶的体积相转变可使它们的物理性能发生很大变化，因此可望将此类材料用作：(1)驱动元件；(2)温度调控的生物偶联物，控制酶活性；(3)使水由高分子溶液中萃取的分离组件；(4)智能药物释放载体。用途5）表面活性剂电活性凝胶是其溶胀易受电场（或电流）影响的凝胶。此类刺激响应凝胶是由交联聚电解质（分子链上带有可离子化基团的高聚物）网络组成，在此类凝胶中，荷电基团的抗衡离子在电场中迁移，使凝胶网络内外离子浓度发生变化，导致凝胶体积或形状改变。例如聚[(环氧乙烷—共—环氧丙烷)—星形嵌段—聚丙烯酰胺]／交联聚丙烯酸互穿网络聚合物凝胶，在碱性溶液(NaOH和Na2CO3)中经非接触电极施加直流电场时，试样弯向负极。3）电场磁场响应性凝胶包埋有磁性微粒子的高吸水性凝胶称为磁场响应性凝胶。当把铁磁性“种子”材料预埋在凝胶中并置于磁场时,铁磁材料被加热而使凝胶的局部温度上升,导致凝胶膨胀或收缩,撤掉磁场,凝胶冷却恢复至原来大小。铁磁可采用不同的方法包埋。一种是将微细镍针状结晶置于预先形成的凝胶中。另一种是以聚乙烯醇涂着微米级镍薄片,与单体溶液混合后再聚合成凝胶。这两种方法可用于植入型药物释放体系,由电源和线圈构成的手表大小的装置产生磁场,使凝胶收缩而释放一定剂量的药物。采用这类方法能制备人工肌肉型驱动器。