【摘要】：智能薄膜是一種可以將包含在化學(xué)或物理刺激中的能量轉(zhuǎn)化為宏觀形變的薄膜材料,它具備易修飾改性、易加工、易組裝等特點(diǎn),此類薄膜可以通過(guò)pH、溫度、離子強(qiáng)度、光、電場(chǎng)和磁場(chǎng)等外部刺激進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。這類智能薄膜材料可作為智能傳感器、驅(qū)動(dòng)器、軟體機(jī)器人、能量采集器等被廣泛應(yīng)用于生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、工程等領(lǐng)域,所以研究和開(kāi)發(fā)多響應(yīng)性、高選擇性及強(qiáng)靈敏性的刺激響應(yīng)性薄膜迫在眉睫。本論文共制備了兩類智能復(fù)合薄膜,一類是利用兩層薄膜熱膨脹性的差異制備了熱敏感型復(fù)合薄膜;另一類利用簡(jiǎn)單的拉伸取向的方法制備了丙酮-光雙重響應(yīng)性復(fù)合薄膜,并分別對(duì)兩類智能復(fù)合薄膜進(jìn)行了結(jié)構(gòu)性能的表征,簡(jiǎn)述如下:(1)通過(guò)分子設(shè)計(jì)將丙烯酸和丙烯酸酯類通過(guò)可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合(RAFT)制備出四種不同玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的共聚物PAA-co-PMMA(I_1)和PAA-co-PMMA-co-PBA(I_(2-4)),并合成了剛性結(jié)構(gòu)的偶氮香豆素分子并將其接枝到PAA-co-PMMA(I_1)的聚合物骨架中,制備了具有一定結(jié)晶性的共聚物PAA-co-PMMA-co-PACA(II),采用~1H NMR和FT-IR等手段對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。通過(guò)流延法制備五種熱敏感型復(fù)合薄膜,所有薄膜對(duì)于一定程度的熱刺激都能做出快速、可逆的形變響應(yīng)。本論文研究了厚度、溫度和聚合物結(jié)晶性對(duì)復(fù)合薄膜形變的影響,可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)聚合物層和鋁箔層的厚度比為1:1時(shí),薄膜的形變程度最大;當(dāng)加熱臺(tái)溫度在聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(T_g)附近時(shí),薄膜會(huì)產(chǎn)生一個(gè)快速,較大的形變;當(dāng)聚合物結(jié)構(gòu)中引入結(jié)晶性分子偶氮-香豆素時(shí),薄膜的形變速度和形變程度都會(huì)增大。同時(shí),本論文也通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了復(fù)合薄膜的循環(huán)使用性、形變可控性和復(fù)雜形變性,以及設(shè)計(jì)了幾種應(yīng)用裝置。此類熱敏感型復(fù)合薄膜具有優(yōu)良的循環(huán)使用性;當(dāng)薄膜被賦予一個(gè)微小的預(yù)應(yīng)力時(shí),在經(jīng)歷冷熱交替之后,薄膜會(huì)沿著預(yù)應(yīng)力的方向發(fā)生可控的可逆形變;通過(guò)圖案化設(shè)計(jì),可以將薄膜制備成多種具有仿生意義的裝置如毛毛蟲,蓮花等;利用鋁箔優(yōu)良的導(dǎo)電特性,將復(fù)合薄膜引入到電路中,可以制備高溫報(bào)警裝置,將復(fù)合薄膜通過(guò)巧妙的設(shè)計(jì)組合可制備運(yùn)動(dòng)爬行和抓取裝置,模擬自然界中一些生物的運(yùn)動(dòng),在智能薄膜領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。(2)通過(guò)分子設(shè)計(jì),制備了光響應(yīng)性小分子4-三氟甲基-4’-(N-乙基-N-羥乙基)氨基偶氮苯(CF_3-AZO),并通過(guò)~1H NMR、~(13)C NMR、~(19)F NMR、MS、IR和UV-vis對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。將CF_3-AZO和商品化法版聚偏氟乙烯(PVDF)復(fù)合制備成薄膜,該薄膜再經(jīng)過(guò)拉伸取向后制備得到具有丙酮-光雙重響應(yīng)性的復(fù)合薄膜。薄膜對(duì)于丙酮蒸汽和365 nm的紫外光具有快速響應(yīng)行為。利用對(duì)比試驗(yàn),驗(yàn)證了PVDF、CF_3-AZO和拉伸條件對(duì)于復(fù)合薄膜光響應(yīng)的必要性;并研究了薄膜光響應(yīng)的最佳條件(7%的偶氮摻含量和3 cm的光源距離),其響應(yīng)速度可達(dá)到110°/s;通過(guò)偏光顯微鏡、X射線衍射儀、偏振衰減全反射紅外光譜和偏振紫外-可見(jiàn)光光譜研究薄膜光響應(yīng)的機(jī)理,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明通過(guò)單軸拉伸,PVDF與光響應(yīng)性分子CF_3-AZO都發(fā)生明顯取向,因此,在紫外光照射或丙酮蒸汽的刺激下,薄膜會(huì)沿著拉伸取向的方向或垂直方向發(fā)生彎曲形變;最后利用此復(fù)合薄膜設(shè)計(jì)制備了光響應(yīng)電路裝置。
【圖文】：

一些常見(jiàn)的刺激響應(yīng)性聚合物和官能團(tuán)的化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1.1 所示。響應(yīng)性聚合物材料具有許多應(yīng)用，包括化學(xué)傳感和生物技術(shù)，特別是在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域。圖 1.1 一些常見(jiàn)的刺激響應(yīng)聚合物和官能團(tuán)的化學(xué)結(jié)構(gòu)Figure 1.1 Chemical structures of some common stimuli-responsive polymers and functionalgroups

華東師范大學(xué)碩士論文而改變了薄膜的性質(zhì)。如圖 1.2 所示，IPAT-x 執(zhí)行器是由一層墨水、一層 P一層丙烯酸樹(shù)脂組成，由于丙烯酸樹(shù)脂中含有羧基，具有親水性，可預(yù)先吸定的水分，所以 IPAT-x 執(zhí)行器在外界熱源的刺激下，丙烯酸樹(shù)脂中的水分放從而引起薄膜的定向彎曲。也有文獻(xiàn)報(bào)道，改變薄膜局部交聯(lián)程度，在溫刺激下，不同交聯(lián)程度區(qū)域熱膨脹的差異性使得薄膜能發(fā)生形變。
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB383.2

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本文編號(hào)：2640667