【摘要】：溶劑型驅(qū)動材料能借助空氣中微小的濕度變化或溶劑氣氛的變化實現(xiàn)化學(xué)能轉(zhuǎn)化成機械能,并在機器人、人造肌肉等方面的應(yīng)用而廣受關(guān)注。目前的智能驅(qū)動材料多為雙層結(jié)構(gòu),存在反復(fù)驅(qū)動過程中容易磨損,驅(qū)動效率低,功能性較少等問題。本論文結(jié)合光子晶體特殊的光調(diào)控性,將光子晶體與聚離子液體水凝膠結(jié)合,發(fā)展制備了一種新型的Janus結(jié)構(gòu)反蛋白石結(jié)構(gòu)驅(qū)動器聚(離子液體-共聚-甲基丙烯酸甲酯)。主要研究內(nèi)容如下:1.Janus反蛋白石結(jié)構(gòu)聚(離子液體-共聚-甲基丙烯酸甲酯)驅(qū)動器制備。將離子液體單體、甲基丙烯酸甲酯及引發(fā)劑的溶液填充到蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體模板間隙,通過光照聚合然后去除模板的方法,制備得到具有Janus結(jié)構(gòu)的反蛋白石結(jié)構(gòu)驅(qū)動器。該樣品具有幾何結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成的雙重Janus性。幾何結(jié)構(gòu)Janus性是指樣品的一面為較平滑的大孔結(jié)構(gòu),另一面是較粗糙的小孔結(jié)構(gòu);化學(xué)組成Janus性是指樣品的一面富含較多親水性聚離子液體,而另一面富含較多疏水性聚甲基丙烯酸甲酯。2.Janus反蛋白石結(jié)構(gòu)聚(離子液體-共聚-甲基丙烯酸甲酯)驅(qū)動器的形成機理。幾何結(jié)構(gòu)Janus性的形成是由于沿厚度方向的紫外光強梯度引起的聚合填充量不同,光強的地方引起更多單體的聚合及填充,導(dǎo)致形成大孔結(jié)構(gòu);而光弱的地方引起更少單體的聚合及填充,形成小孔結(jié)構(gòu)�；瘜W(xué)Janus性是由于離子液體和甲基丙烯酸甲酯單體在甲醇體系的不同聚合性所引起。實驗發(fā)現(xiàn),離子液體在甲醇體系具有較甲基丙烯酸甲酯更優(yōu)異的聚合性能。在紫外光照聚合過程中,甲醇濃度會在厚度方向形成由大到小的梯度分布,甲醇濃度高的地方離子液體聚合性好,甲醇濃度低的地方甲基丙烯酸甲酯聚合性好。最終導(dǎo)致聚離子液體含量隨厚度方向逐漸減少,而聚甲基丙烯酸甲酯含量隨厚度方向逐漸增加。3.聚離子液體Janus驅(qū)動器的驅(qū)動性能。文中仔細考察了溶劑組成,離子液體含量,孔尺寸大小等對驅(qū)動性能,包括彎曲角度、曲率、驅(qū)動速率等的影響。研究了樣品的可逆的驅(qū)動性能,并研究了驅(qū)動過程中光子晶體的結(jié)構(gòu)色彩及光譜帶隙的變化。文章還研究了利用其驅(qū)動性能實現(xiàn)重物輸運,及轉(zhuǎn)動軸承等。
【圖文】：

０７￣４６］逡逑０逡逑豆莢［４７】（圖１邋－１Ａ）、小麥芒［４８］（（圖１邋－１Ｂ）、芝麻［４９］（圖１邋－１邋Ｃ）、松果【５Ｇ］（（圖１邋－１Ｄ）、逡逑蘭花莢等在干燥過程中會由于濕度變化而引起殼層打開，使種子釋放＾５0］。牽牛逡逑花的花瓣（圖１－１Ｅ）早上吸水盛開，晚上失水閉合。自然界的這些濕度驅(qū)動現(xiàn)象逡逑引起了科學(xué)家極大關(guān)注。德國Ｍａｘ普朗克膠體與界面研究所的Ｆｒａｔｚｌ教授研宄逡逑了麥芒在濕度變化時發(fā)生的擴張或收縮［４８】，濕度減小引起的麥芒擴張會使麥粒種逡逑子飛出掉入泥土，有利于種子的繁衍。日常的濕度變化就可以實現(xiàn)麥芒的擴張引逡逑起種子分散到土地中所需要的運動。受自然界生物體的啟發(fā)具有濕度及溶劑響應(yīng)逡逑性的聚合物驅(qū)動材料引起了廣泛的研宄關(guān)注［５１＃］。逡逑＿酵曑逡逑圖１－１自然界中植物吸水膨脹前后形狀變化。（Ａ）豆莢Ｗ（Ａ）小麥芒１４８］（Ｃ）芝麻莢逡逑州（Ｄ）松果，Ｅ）牽牛花逡逑Ｉ逡逑

苯乙炔（ＰＴＭＳＤＰＡ）為活性響應(yīng)層、雙軸向聚丙煉（ＢＯＰＰ）為承托層制備了水響逡逑應(yīng)驅(qū)動器。該驅(qū)動器除了具有一般柔性材料驅(qū)動器對化學(xué)刺激響應(yīng)的可逆的體積逡逑膨脹川夂縮，其共軛聚合物結(jié)構(gòu)變化還引起光學(xué)性質(zhì)的變化（圖１－２Ａ）。這是由于逡逑共輒聚合物層吸水體積膨脹的同時誘導(dǎo)電子結(jié)構(gòu)或熒光信號變化，，該過程可多次逡逑循環(huán)而不疲勞降解。２０１７年哈爾濱工業(yè)大學(xué)賀強教授研宄團隊＿報道了用聚苯逡逑并惡唑納米纖維加固的濕度響應(yīng)型驅(qū)動器。該驅(qū)動器由濕敏性聚（對亞苯基苯并逡逑雙惡唑）納米纖維（ＰＢＯＮＦ）增強碳納米管／聚（乙烯醇）（ＣＮＴ／ＰＶＡ）雙層逡逑膜組成（圖１－２Ｂ）。嵌入式ＰＢＯＮＦ不僅可以幫助ＣＮＴ形成連續(xù)的導(dǎo)電膜，而逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：湖南師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O631

【參考文獻】

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1 楊倩麗;康曉明;孫靜;魏柳荷;馬志;;刺激響應(yīng)性聚合物的設(shè)計、合成及其應(yīng)用研究新進展[J];化工進展;2015年08期

本文編號：2652972