發(fā)布時間：2021-06-22 13:57

　　水凝膠由于其優(yōu)異的生物相容性和高延展性而具有廣闊的應用前景。作為智能水凝膠的一種,形狀記憶水凝膠是一種對外界刺激產生響應的柔軟材料,并且可以固定暫時變形和記憶原始永久形狀,因此在藥物釋放、執(zhí)行器和人工肌肉等領域迅速的引起人們的關注。但是,傳統(tǒng)形狀記憶水凝膠中由于導電介質的缺失,所以并不具備導電性能,嚴重限制了水凝膠在傳感器方面的應用。因此,制備一種具有導電功能的形狀記憶水凝膠是一項非常有意義的工作。本論文第一部分中探討了陽離子殼聚糖/氧化石墨烯（GO）的引入對水凝膠的力學性能的影響。其中,聚乙烯醇（PVA）和丙三醇之間通過多重氫鍵橋接形成第一網絡,陽離子殼聚糖和GO之間通過靜電作用形成第二網絡,兩種網絡協(xié)同作用構建了雙網絡水凝膠的網絡結構。第二網絡作為犧牲網絡的引入,顯著提升了雙網絡水凝膠的力學性能,PVA-陽離子殼聚糖雙網絡水凝膠的斷裂應力高達1.6 Mpa,斷裂應變大于900%,彈性模量和韌性分別為412 kPa和6.2 MJ/m³。我們還對水凝進行了流變測試,結果表明陽離子殼聚糖/GO網絡的引入提升了水凝膠內部交聯密度,進而大大的改善了水凝膠的力學性能。本論... 

【文章來源】：長春工業(yè)大學吉林省

【文章頁數】：54 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

PVA-TA單層形狀記憶水凝膠的結構和形狀記憶行為示意圖

第1章緒論3雖然基于可逆的非共價交聯水凝膠可以實現高效的形狀記憶行為，但是這種策略通常只能實現簡單的形變，這意味著很難實現很難固定彈性變形和從彈性變形恢復至永久形狀。此外，傳統(tǒng)的形狀記憶水凝膠在變形時無法存儲和釋放高彈性能量。Liu等人通過甲基丙烯酸月桂酯（LMA）和N,N-二甲基丙烯酰胺（DMA）制備了具有二元相特征的高應變形狀記憶有機凝膠[36]。LMA乳液體系通過原位聚合形成的微有機凝膠結構，在納米粘土固體乳化劑的作用下，穩(wěn)定的分散在DMA構成的凝膠骨架中。同時在乳液聚合過程中，LMA和DMA在乳液界面共價連接，從而在分子規(guī)模上形成連續(xù)的兩親網絡，其二元網絡結構如圖1.2所示。在雙協(xié)同相作用下，水凝膠在載荷約等于20倍有機水凝膠重量的情況下，可以完全恢復高達2600%的拉伸變形和高達85%的壓縮變形。此外，得益于有機相的作用，當水凝膠從變形中恢復形狀時，還可以釋放出大量儲存的能量。圖1.2（a）二元有機形狀記憶水凝膠的機理和結構圖;（b）壓縮后的二元有機形狀記憶水凝膠在Tm（70°C）以上時，恢復初始形狀并負載20g重物1.2.2雙層結構形狀記憶水凝膠具有兩層不同響應特性的雙層形狀記憶水凝膠，被認為是通過空間不均勻應力誘導形狀驅動的最直接的設計[37]。例如，存在兩個異質層，這些異質層是物理連接的或化學交聯的，兩層將經歷不同或完全相反的溶脹行為，這將進一步放大兩層之間的局部應力失配，從而引起形狀變化�，F在已經開發(fā)出了不同的方法制造雙層水凝膠致動器，包括化學氣相沉積（CVD）[38]，電泳[39]，“微流體”[40]和兩種不同的均質水凝膠的

娜苷?收縮的失配，開發(fā)了由具有梯度、雙層甚至多層結構的多組分制備的不同聚（N-異丙基丙烯酰胺）基水凝膠，以實現溫度響應性驅動。例如，創(chuàng)建基于聚（N-異丙基丙烯酰胺）的雙層水凝膠的第一個策略是簡單地將不同的納米復合物添加到聚（N-異丙基丙烯酰胺）水凝膠網絡中，這可以形成富含聚合物和納米復合物的雙層結構，以實現非同步的熱誘導變化進而實現移動物體等動作。Chen等人將粘土整合到聚（N-異丙基丙烯酰胺）水凝膠中，聚（N-異丙基丙烯酰胺）粘土納米復合水凝膠便形成了雙層結構，并且每一層都包含不同含量的粘土（圖1.3）[43]。通過調節(jié)高含量粘土層與低含量粘土層的厚度比，就可以利用編程方式實現熱致彎曲致動。由于聚（N-異丙基丙烯酰胺）黏土水凝膠的機械強度隨黏土含量的增加而增加，因此在40°C的水中浸泡后，聚（N-異丙基丙烯酰胺）粘土水凝膠傾向于向較厚的黏土層彎曲，從而可以在2分鐘之內實現超過180°明顯彎曲度。并且當將水溫從40°C切換到25°C時，這種彎曲也是可逆的。圖1.3由不同含量粘土組成的納米復合PBIPAM雙層形狀記憶水凝膠機理圖Okay等人將具有不同結晶融化溫度的n-十八烷基丙烯酸酯（C18A）和十二烷基甲基丙烯酸酯（C12M）通過界面的疏水作用鍵合而制備了雙層形狀記憶水凝膠，如


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