本文選題：形狀記憶聚合物 + 復合材料��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學》2017年博士論文

【摘要】：形狀記憶聚合物能夠在受到外部激勵作用時回復其原始形狀,它的這一特性奠定了其在智能材料領(lǐng)域的重要地位。形狀記憶聚合物復合材料具有優(yōu)良的綜合性能,然而直接加熱的驅(qū)動方式使形狀記憶聚合物復合材料的應用受到熱源、使用溫度、熱傳導、可控性等多方面因素的限制。因此,基于形狀記憶聚合物復合材料驅(qū)動特性的可設(shè)計性,研究環(huán)境友好、快速響應、非接觸式控制的形狀記憶聚合物復合材料,將有效拓展形狀記憶聚合物復合材料的應用范圍,具有重要的理論和現(xiàn)實意義。本文中將以形狀記憶聚合物為基體材料,以金屬、碳材料、半導體、介孔材料、纖維或其他無機粒子為功能相,通過適當?shù)闹苽浞椒?gòu)筑的具有特定驅(qū)動功能的復合材料體系稱為形狀記憶復合材料。本文以驅(qū)動功能為導向,選擇合適的功能相和形狀記憶聚合物基體,構(gòu)筑新型水驅(qū)動、電致驅(qū)動、光驅(qū)動形狀記憶復合材料,研究其形狀記憶性能、影響其形狀記憶性能的關(guān)鍵因素及相應的機理,主要研究內(nèi)容如下文所述。利用具有兩親性分子結(jié)構(gòu)的十二烷基硫酸鈉與水分子的化學交互作用,制備了新型的表面具有三維微孔結(jié)構(gòu)的水驅(qū)動熱固性環(huán)氧基形狀記憶復合材料。十二烷基硫酸鈉/環(huán)氧水驅(qū)動形狀記憶復合材料表面的三維微孔結(jié)構(gòu),有利于水分子與該復合材料體系發(fā)生相互作用,觸發(fā)其水驅(qū)動形狀記憶效應�；瘜W交互作用、物理溶脹作用、溫度和樣品厚度是影響該復合材料水驅(qū)動形狀記憶性能的關(guān)鍵因素。金納米粒子/聚乙烯醇形狀記憶復合材料體系中金納米粒子表面的含氧功能基團有利于提高復合材料體系與水分子間相互作用的能力,使復合材料體系可在較低溫度下實現(xiàn)水驅(qū)動形狀記憶回復。在30o C的水環(huán)境中,金納米粒子/聚乙烯醇形狀記憶復合材料在9min內(nèi)就可以完成形狀記憶回復過程,其水驅(qū)動形狀回復效應主要歸因于水分子對形狀記憶復合材料產(chǎn)生的增塑作用。采用具有良好導電性能的還原氧化石墨烯紙和碳納米紙作為功能相,分別與環(huán)氧基形狀記憶聚合物和聚乙烯醇基形狀記憶聚合物基體制備電致驅(qū)動形狀記憶復合材料。在6V電壓下,還原氧化石墨烯紙/環(huán)氧形狀記憶復合材料在5s內(nèi)回復到原始形狀。在電激勵條件下,還原氧化石墨烯紙和碳納米紙產(chǎn)生的焦耳熱能夠傳遞給各自復合材料體系中的形狀記憶聚合物基體,使得各自復合材料體系表現(xiàn)出良好的電致驅(qū)動形狀記憶性能。研究結(jié)果表明,以上電致驅(qū)動形狀記憶復合材料所需的外加驅(qū)動電壓低,完成形狀記憶回復過程所需的響應時間短,在應用過程中節(jié)能、便捷,這為設(shè)計新型快速響應的電致驅(qū)動形狀記憶復合材料提供了實驗依據(jù)。利用具有良好光熱效應的金納米粒子作為功能相,以聚乙烯醇基形狀記憶聚合物作為基體,制備光驅(qū)動形狀記憶復合材料。金納米粒子/聚乙烯醇形狀記憶復合材料具有良好的光驅(qū)動形狀記憶性能,在14s內(nèi)其光驅(qū)動形狀記憶回復率達到100%。金納米粒子能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)化為熱能,使金納米粒子/聚乙烯醇光驅(qū)動形狀記憶復合材料在分子水平的形狀記憶效應轉(zhuǎn)化為宏觀的形狀回復效應。根據(jù)以上對水驅(qū)動形狀記憶復合材料、電致驅(qū)動形狀記憶復合材料和光驅(qū)動形狀記憶復合材料的設(shè)計原理、構(gòu)筑方法、形狀記憶性能和形狀記憶效應機理的研究結(jié)果,本文選擇金納米粒子和碳納米紙作為功能相與聚乙烯醇基形狀記憶聚合物基體構(gòu)筑新型金納米粒子/碳納米紙/聚乙烯醇形狀記憶復合材料(Au/CNTP/PVA)。Au/CNTP/PVA的光驅(qū)動形狀記憶回復率在10s內(nèi)達到100%,其光驅(qū)動形狀記憶性能明顯優(yōu)于相應的只具有單一功能相的復合材料體系。Au/CNTP/PVA兼具光驅(qū)動、水驅(qū)動、電致驅(qū)動形狀記憶性能,在30oC的水環(huán)境中6min內(nèi)就可以完成形狀記憶回復過程,外加3V驅(qū)動電壓時35s內(nèi)完成電致驅(qū)動形狀記憶回復過程。Au/CNTP/PVA與相應的只具有單一功能相的復合材料相比,其光驅(qū)動、水驅(qū)動和電致驅(qū)動形狀記憶性能均明顯的提高。在Au/CNTP/PVA中,功能相金納米粒子和碳納米紙賦予其感知外界水、電和光激勵,控制其狀態(tài)和行為的能力。這兩種功能相與聚乙烯醇形狀記憶聚合物基體間的相互作用,使該復合材料體系以一種優(yōu)化方式對外界激勵作出響應。聚乙烯醇基形狀記憶聚合物基體不僅起到構(gòu)成該復合材料體系的承載作用,也能夠在與功能相金納米粒子和碳納米紙相互作用的同時,保持自身良好的形狀記憶性能。Au/CNTP/PVA可將光能、化學能、電能轉(zhuǎn)化為機械功,實現(xiàn)非直接熱源驅(qū)動的形狀記憶效應,具有更好的環(huán)境適應性。以上研究對促進形狀記憶聚合物復合材料發(fā)展和應用具有重要的意義,為發(fā)展各類新型智能材料提供理想的材料平臺。
[Abstract]:The shape memory polymer composite material has excellent comprehensive performance . The shape memory polymer composite material has excellent comprehensive performance . The shape memory polymer composite material has excellent comprehensive performance . The shape memory polymer composite material has excellent comprehensive performance . Au / CNTP / PVA can convert the light energy , chemical energy and electric energy into mechanical work and control its state and behavior . Au / CNTP / PVA can convert optical energy , chemical energy and electric energy into mechanical work and realize the shape memory effect of non - direct heat source .

【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB332

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本文編號：1776797