【摘要】：生物組織為高性能材料的設(shè)計和制備提供了許多啟發(fā),尤其是高性能高分子材料。仿生高分子的設(shè)計主要包括模仿生物體的結(jié)構(gòu)和性能,制備出具有類生物組織結(jié)構(gòu)和性能的功能高分子材料。本論文主要通過有機(jī)金屬配位構(gòu)筑仿珍珠層的高強(qiáng)度高分子膜材料和具有自修復(fù)能力的高分子水凝膠材料。具體內(nèi)容分為以下四個部分:第一部分,選擇含有羧基基團(tuán)的海藻酸鈉和羧基功能化殼聚糖,通過金屬離子配位交聯(lián),制備了一系列天然高分子-金屬離子水凝膠材料;然后,通過水蒸發(fā)干燥的方法制備具有類珍珠層結(jié)構(gòu)的天然高分子-金屬離子膜材料。通過結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能研究,證明了所制備的高分子膜材料不僅具有規(guī)整的層狀結(jié)構(gòu),同時還具有較高的力學(xué)強(qiáng)度。在此基礎(chǔ)上,我們進(jìn)一步分析討論了層狀結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理,開發(fā)出一種可用于制備類珍珠層結(jié)構(gòu)高分子材料的凝膠-干燥法。第二部分,在天然高分子基質(zhì)中引入具有優(yōu)異性能的氧化石墨烯納米片層,通過金屬離子配位交聯(lián)和凝膠-干燥法,制備了一系列氧化石墨烯增強(qiáng)的類珍珠層復(fù)合膜。納米片狀石墨烯的引入,一方面提高了納米層狀的規(guī)整性,另一方面提高了高分子復(fù)合膜的機(jī)械性能。同時,由于石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)熱性能,所制備的海藻酸鈉/氧化石墨烯和黃原膠/氧化石墨烯復(fù)合膜表現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)熱性能。由于天然高分子鏈結(jié)構(gòu)的特異性,所制備的高分子復(fù)合膜還具有一定的形態(tài)記憶功能。與傳統(tǒng)類珍珠層高分子復(fù)合膜制備方法相比,本文所制備的金屬離子配位交聯(lián)復(fù)合膜具有較高的穩(wěn)定性。第三部分,仿造生物體自愈合的性能,通過金屬離子配位交聯(lián)制備了具有優(yōu)異力學(xué)性能和修復(fù)性能的高分子自修復(fù)水凝膠。自修復(fù)水凝膠的構(gòu)筑主要是通過動態(tài)非共價金屬離子配位交聯(lián)和雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計,其中一個網(wǎng)絡(luò)是由配體分子擴(kuò)鏈的聚乙二醇(PEG)通過金屬離子配位交聯(lián)形成,另外一個網(wǎng)絡(luò)主要是通過聚丙烯酸上的羧基基團(tuán)與金屬離子配位交聯(lián)形成。首先采用吡啶配體小分子對PEG分子鏈進(jìn)行擴(kuò)鏈,成功制備出含有配體單元的PEG擴(kuò)鏈高分子;然后通過自由基聚合成功制備出具有優(yōu)異性能的自修復(fù)PEG/PAA雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。所制備的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠具有較高的拉伸強(qiáng)度(0.4 MPa)和斷裂伸長率(1560%)。并且,在室溫條件下PEG/PAA雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠顯示出完全修復(fù)的能力。此外,制備的PEG/PAA雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠還具一定的導(dǎo)電性(0.042 S cm~(-1))和拉伸敏感性。最后一個部分,我們采用甘氨酸小分子對端基環(huán)氧功能化的PEG分子鏈進(jìn)行擴(kuò)鏈,成功制備出含有羧基基團(tuán)的PEG擴(kuò)鏈高分子,然后通過自由基聚合成功制備出具有優(yōu)異性能的PEG/PAMAA雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。該水凝膠同樣表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度和自修復(fù)性能,同時還表現(xiàn)出一定的導(dǎo)電性和力學(xué)敏感性。因此,所制備的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠在生物傳感器、可穿帶電子器件和智能機(jī)器人等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O641.4

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 葉霞;周明;李健;劉會霞;袁潤;楊海峰;李保家;蔡蘭;;從自然到仿生的超疏水表面的微觀結(jié)構(gòu)[J];納米技術(shù)與精密工程;2009年05期

，

本文編號：2638589