近年來(lái),隨著仿生學(xué)和材料表界面科學(xué)的發(fā)展,尤其是表面工程研究的不斷深入,為智能驅(qū)動(dòng)器件的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)提供了新的思路和方法。目前驅(qū)動(dòng)材料主要分為三種:表面功能化材料、本體材料和多級(jí)結(jié)構(gòu)材料。聚合物刷―以其優(yōu)異的可修飾性被廣泛用于調(diào)控界面的物理化學(xué)性質(zhì),構(gòu)筑各類具有不同結(jié)構(gòu)、功能以及無(wú)機(jī)/有機(jī)雜化材料表面,采用表面引發(fā)聚合（SIPs）的方法。將具有溫敏、濕敏等特性的聚合物刷修飾到軟體材料表面,能夠?qū)崿F(xiàn)較為理想的響應(yīng)驅(qū)動(dòng)效果。另外,石墨烯（GO）是一種比表面積較高的二維材料,具有優(yōu)異的熱、電、機(jī)械和光學(xué)性能,也是制造驅(qū)動(dòng)器件的理想材料。本文通過(guò)表面改性的方法,利用聚合物刷的溫敏和濕敏響應(yīng)特性,分別對(duì)PDMS（聚二甲基硅氧烷）薄膜進(jìn)行了單面修飾和雙面不對(duì)稱修飾,開(kāi)發(fā)出多種驅(qū)動(dòng)器件。此外,以氧化石墨烯（GO）為光熱驅(qū)動(dòng)層,PDMS為從動(dòng)層,利用二者熱膨脹系數(shù)的不同,制備出具有快速光響應(yīng)特性的驅(qū)動(dòng)薄膜。主要研究?jī)?nèi)容如下:（1）通過(guò)表面引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（SI-ATRP）的方法,利用溫敏性聚合物刷PNIPAAm（聚N-異丙基丙烯酰胺）和濕敏性聚合物刷PSPMA（聚甲基丙烯酸3-磺酸丙酯鉀鹽）分別對(duì)... 

【文章來(lái)源】：西北師范大學(xué)甘肅省

【文章頁(yè)數(shù)】：80 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

（a）茅膏草；（b）停留在茅膏草葉片上的昆蟲(chóng)；（c）茅膏草彎曲葉片捕食昆蟲(chóng)

引言2圖1-1（a）茅膏草；（b）停留在茅膏草葉片上的昆蟲(chóng)；（c）茅膏草彎曲葉片捕食昆蟲(chóng)。Fig.1-1(a)Pictureofsundew;(b)Aninsectstaysonthebladeofthesundew;(c)Sundewbendsleaftocatchandfeedoninsect.1.1.2含羞草植物是設(shè)計(jì)新型智能材料和設(shè)備的重要靈感來(lái)源[30,31]。如果用手指觸摸含羞草的葉子，它們會(huì)在幾秒鐘內(nèi)閉合，如圖1-2所示：圖1-2（a）含羞草圖片；（b）含羞草葉片閉合。Fig.1-2(a)Picturesofmimosas;(b)Closedmimosaleaf.這是由于葉片細(xì)胞中水分的局部收集和定向遷移，導(dǎo)致部分區(qū)域濃度差異造成的。這種由不對(duì)稱膨脹結(jié)構(gòu)引起的變形稱為“seismonastic反應(yīng)”[32,33]，利用其形變機(jī)制科學(xué)家們開(kāi)發(fā)出各式各樣的驅(qū)動(dòng)器件。2016年，wang等人[34]受含羞草啟發(fā)設(shè)計(jì)出具有優(yōu)越機(jī)械性能的Janus結(jié)構(gòu)薄膜，能夠有效的將表面能量轉(zhuǎn)化為定向動(dòng)能和彈性勢(shì)能，并對(duì)水刺激做出快速的響應(yīng)。2019年，yu等[35]人利用這種不對(duì)稱變形機(jī)制，借助3D打印技術(shù)和表面修飾方法，設(shè)計(jì)出具有手指響應(yīng)的仿含羞草驅(qū)動(dòng)器件。1.1.3維納斯捕蠅草維納斯捕蠅草是一種非常有趣的食蟲(chóng)植物，如圖1-3所示，它可以利用葉子頂端分泌汁液且長(zhǎng)滿小刺的半圓狀葉片夾住前來(lái)覓食的昆蟲(chóng)，整個(gè)過(guò)程在幾秒鐘內(nèi)完成[36]。在獵物被消化殆盡后，它們會(huì)重新張開(kāi)葉片，等待下一個(gè)覓食者的

引言3到來(lái)。Zeng等人[37]，以捕蠅草為靈感，設(shè)計(jì)了一種可以自主驅(qū)動(dòng)的光響應(yīng)捕蠅器。將光敏液晶彈性體（LCE）作為非接觸式探頭驅(qū)動(dòng)材料，用以感知環(huán)境的變化，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉和識(shí)別目標(biāo)的目的。仿生捕蠅器可以實(shí)現(xiàn)自我調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)，為軟物質(zhì)材料驅(qū)動(dòng)、自主小型設(shè)備的開(kāi)發(fā)提供了思路[38-42]。圖1-3（a）捕蠅草圖片；（b）停留在捕蠅草葉片上的昆蟲(chóng)；（c）捕蠅草閉合葉片捕食昆蟲(chóng)。Fig.1-3(a)Pictureofvenusflytrap;(b)Aninsectstaysonthebladeofthevenusflytrap;(c)Venusflytrapclosesleaftocatchandfeedoninsect.1.1.4石斛蘭圖1-4石斛蘭螺旋花瓣圖片。Fig.1-4PictureoftheDendrobiumhelixpetals.大自然神奇的植物總讓人賞心悅目，如圖1-4所示，石斛蘭是一種觀賞類植物，花瓣可以螺旋生長(zhǎng)，這種奇妙的行為方式引起眾多研究者的關(guān)注[38]。2019年，wang等人[39]受石斛蘭花瓣螺旋行為啟發(fā)，利用新興的3D打印技術(shù)，通過(guò)在水凝膠條的側(cè)面引入二次微觀結(jié)構(gòu)，從而構(gòu)建出可編程的水凝膠驅(qū)動(dòng)薄膜。該薄膜可以在濕度刺激下，通過(guò)自身結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱溶脹特性從而實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的3D形變。


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