近年來,隨著仿生學和材料表界面科學的發(fā)展,尤其是表面工程研究的不斷深入,為智能驅動器件的設計和開發(fā)提供了新的思路和方法。目前驅動材料主要分為三種:表面功能化材料、本體材料和多級結構材料。聚合物刷―以其優(yōu)異的可修飾性被廣泛用于調控界面的物理化學性質,構筑各類具有不同結構、功能以及無機/有機雜化材料表面,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,能夠實現(xiàn)較為理想的響應驅動效果。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、機械和光學性能,也是制造驅動器件的理想材料。本文通過表面改性的方法,利用聚合物刷的溫敏和濕敏響應特性,分別對PDMS（聚二甲基硅氧烷）薄膜進行了單面修飾和雙面不對稱修飾,開發(fā)出多種驅動器件。此外,以氧化石墨烯（GO）為光熱驅動層,PDMS為從動層,利用二者熱膨脹系數(shù)的不同,制備出具有快速光響應特性的驅動薄膜。主要研究內容如下:（1）通過表面引發(fā)原子轉移自由基聚合（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... 

【文章來源】：西北師范大學甘肅省

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

（a）茅膏草；（b）停留在茅膏草葉片上的昆蟲；（c）茅膏草彎曲葉片捕食昆蟲

引言2圖1-1（a）茅膏草；（b）停留在茅膏草葉片上的昆蟲；（c）茅膏草彎曲葉片捕食昆蟲。Fig.1-1(a)Pictureofsundew;(b)Aninsectstaysonthebladeofthesundew;(c)Sundewbendsleaftocatchandfeedoninsect.1.1.2含羞草植物是設計新型智能材料和設備的重要靈感來源[30,31]。如果用手指觸摸含羞草的葉子，它們會在幾秒鐘內閉合，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.這是由于葉片細胞中水分的局部收集和定向遷移，導致部分區(qū)域濃度差異造成的。這種由不對稱膨脹結構引起的變形稱為“seismonastic反應”[32,33]，利用其形變機制科學家們開發(fā)出各式各樣的驅動器件。2016年，wang等人[34]受含羞草啟發(fā)設計出具有優(yōu)越機械性能的Janus結構薄膜，能夠有效的將表面能量轉化為定向動能和彈性勢能，并對水刺激做出快速的響應。2019年，yu等[35]人利用這種不對稱變形機制，借助3D打印技術和表面修飾方法，設計出具有手指響應的仿含羞草驅動器件。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植物，如圖1-3所示，它可以利用葉子頂端分泌汁液且長滿小刺的半圓狀葉片夾住前來覓食的昆蟲，整個過程在幾秒鐘內完成[36]。在獵物被消化殆盡后，它們會重新張開葉片，等待下一個覓食者的

引言3到來。Zeng等人[37]，以捕蠅草為靈感，設計了一種可以自主驅動的光響應捕蠅器。將光敏液晶彈性體（LCE）作為非接觸式探頭驅動材料，用以感知環(huán)境的變化，從而實現(xiàn)自動關閉和識別目標的目的。仿生捕蠅器可以實現(xiàn)自我調節(jié)驅動，為軟物質材料驅動、自主小型設備的開發(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；（c）捕蠅草閉合葉片捕食昆蟲。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，這種奇妙的行為方式引起眾多研究者的關注[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，通過在水凝膠條的側面引入二次微觀結構，從而構建出可編程的水凝膠驅動薄膜。該薄膜可以在濕度刺激下，通過自身結構的不對稱溶脹特性從而實現(xiàn)各種復雜的3D形變。


本文編號：3582847