本文關(guān)鍵詞：納米復(fù)合水凝膠的功能化及近紅外驅(qū)動(dòng)仿生凝膠手臂的制備，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本工作的主要目的是實(shí)現(xiàn)納米復(fù)合水凝膠(NC凝膠)的功能化和對(duì)其在仿生應(yīng)用領(lǐng)域的探索。研究的基本思路是首先利用NC凝膠的物理交聯(lián)特性合成了熱可塑型的水凝膠;其次在NC凝膠中引入功能性組分,賦予其優(yōu)異的延展性、生物粘性、光驅(qū)動(dòng)性等特性;最后將不同溫度響應(yīng)型的NC凝膠相結(jié)合,借助仿生學(xué)原理,合成了智能仿生水凝膠手臂,可以模仿人體手臂“伸長(zhǎng)-握持-收縮”動(dòng)作。本工作的主要內(nèi)容和結(jié)果如下:1.發(fā)現(xiàn)了聚N,N-二甲基丙烯酰胺(PDMAA)NC凝膠有趣的熱可塑型性質(zhì),此凝膠可以在80 oC時(shí)通過(guò)模壓或擠出而形成新的形狀,在溫度降低至20 oC時(shí)新的形狀可以被固定。拉伸測(cè)試和同步輻射小角X射線散射(SAXS)結(jié)果表明塑型后的NC凝膠仍然保留優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度和完整的交聯(lián)結(jié)構(gòu)。粘彈性測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)升高溫度可以使凝膠的平衡剪切模量Ge明顯降低,說(shuō)明凝膠交聯(lián)密度降低;而降溫時(shí)Ge又可以恢復(fù),說(shuō)明凝膠的交聯(lián)密度也隨之恢復(fù)。NC凝膠的這種熱可塑型性質(zhì)來(lái)自于其熱可逆的交聯(lián)結(jié)構(gòu),使凝膠在高溫時(shí)有大的蠕變量而可以被塑型。2.將α-環(huán)糊精(α-CD)引入到NC凝膠中,賦予高強(qiáng)度水凝膠優(yōu)異的生物粘性,制備出能夠輕易粘附各類材料的粘性凝膠。將聚乙烯醇(PVA)引入到PDMAA粘性水凝膠體系中,制備了超拉伸粘性凝膠,斷裂伸長(zhǎng)率高達(dá)3500%;將GO引入到PNIPAm粘性凝膠體系中,制備了激光控制脫附的粘性凝膠。隨后通過(guò)對(duì)比不同組分的粘性凝膠的力學(xué)性能、溶脹行為、蠕變性能、驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)等,發(fā)現(xiàn)α-CD上存在大量的羥基,羥基上的氫鍵極大地增強(qiáng)了凝膠和物體間的相互作用力,從而起到粘附的效果;PVA能夠屏蔽部分NC凝膠的物理交聯(lián)點(diǎn),降低其交聯(lián)點(diǎn)密度,從而使其力學(xué)強(qiáng)度下降,伸長(zhǎng)率提高,獲得超拉伸性能;GO具有快速高效的光-熱的轉(zhuǎn)換性能,在激光照射時(shí)能夠快速使PNIPAm凝膠發(fā)生體積相轉(zhuǎn)變,從而在1 min內(nèi)實(shí)現(xiàn)激光控制脫附。3.受到人體手臂的啟發(fā),制備了一種多段組合的聚合物-鋰藻土-GO水凝膠驅(qū)動(dòng)器,可以作為近紅外光(NIR)快速驅(qū)動(dòng)的智能水凝膠手臂。通過(guò)結(jié)合GO快速高效的光-熱轉(zhuǎn)化效率和不同熱響應(yīng)性的水凝膠,可以完成類似人體手臂的“伸長(zhǎng)-握持-收縮”動(dòng)作。通過(guò)PDMAA凝膠在高溫發(fā)生蠕變的特性模擬“伸長(zhǎng)”動(dòng)作,通過(guò)添加α-CD的粘性凝膠模擬“握持”動(dòng)作,通過(guò)PNIPAm凝膠在高溫發(fā)生體積相轉(zhuǎn)變的特性模擬“收縮”動(dòng)作。通過(guò)拉伸試驗(yàn)、蠕變?cè)囼?yàn)、可重復(fù)性試驗(yàn)、驅(qū)動(dòng)對(duì)比試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)水凝膠手臂具有力學(xué)性能優(yōu)異,操作便捷,響應(yīng)速度快,可重復(fù)性良好等優(yōu)勢(shì)。最后將智能手臂“握持”部位的水凝膠替換成其他的功能化水凝膠(如磁性水凝膠)或材料以滿足更多的使用需求,極大地拓展水凝膠手臂的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：納米復(fù)合水凝膠 熱塑性 生物粘性 智能手臂
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O648.17;R318.08
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-24
• 1.1 水凝膠概述11
• 1.2 溫度響應(yīng)型水凝膠11-13
• 1.3 高強(qiáng)度納米復(fù)合水凝膠13-19
• 1.3.1 高強(qiáng)度水凝膠13-15
• 1.3.2 納米復(fù)合水凝膠的形成機(jī)理15-17
• 1.3.3 納米復(fù)合水凝膠的功能化17-19
• 1.4 聚合物-氧化石墨烯水凝膠19-22
• 1.4.1 石墨烯和氧化石墨烯概述19-20
• 1.4.2 聚合物-氧化石墨烯水凝膠20-21
• 1.4.3 氧化石墨烯水凝膠驅(qū)動(dòng)器21-22
• 1.5 本工作的目的與內(nèi)容22-24
• 第二章 熱可塑型的聚（N,N -二甲基丙烯酰胺）-鋰藻土納米復(fù)合水凝膠24-41
• 2.1 引言24
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分24-28
• 2.2.1 原料和試劑24-25
• 2.2.2 主要儀器25-26
• 2.2.3 水凝膠的制備與表征26-28
• 2.3 結(jié)果與討論28-40
• 2.3.1 NC凝膠的熱塑型28-32
• 2.3.2 NC凝膠塑型后的力學(xué)性能32-35
• 2.3.3 PDMAA NC凝膠熱塑型機(jī)理35-40
• 2.4 本章小結(jié)40-41
• 第三章 生物粘性的聚合物-鋰藻土納米復(fù)合水凝膠41-57
• 3.1 引言41
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分41-47
• 3.2.1 原料和試劑41-42
• 3.2.2 主要儀器42
• 3.2.3 水凝膠的制備與表征42-47
• 3.3 結(jié)果與討論47-56
• 3.3.1 超拉伸PDMAA粘性水凝膠47-52
• 3.3.2 激光控制脫附的PNIPAm粘性水凝膠52-56
• 3.4 本章小結(jié)56-57
• 第四章 近紅外驅(qū)動(dòng)仿生水凝膠手臂57-73
• 4.1 引言57-58
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分58-61
• 4.2.1 原料和試劑58
• 4.2.2 主要儀器58-59
• 4.2.3 水凝膠的制備與表征59-61
• 4.3 結(jié)果與討論61-71
• 4.3.1 水凝膠手臂的力學(xué)性能61-62
• 4.3.2 水凝膠手臂的驅(qū)動(dòng)行為62-65
• 4.3.3 水凝膠手臂的驅(qū)動(dòng)機(jī)理65-68
• 4.3.4 水凝膠手臂光驅(qū)動(dòng)伸縮的可重復(fù)性68-71
• 4.4 本章小結(jié)71-73
• 結(jié)論73-74
• 參考文獻(xiàn)74-79
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果79-80
• 致謝80-81
• 附件81

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 劉丹;王濤;劉新星;王朝陽(yáng);童真;;基于聚N-異丙基丙烯酰胺的細(xì)胞智能分離材料[J];化學(xué)進(jìn)展;2011年11期

  本文關(guān)鍵詞：納米復(fù)合水凝膠的功能化及近紅外驅(qū)動(dòng)仿生凝膠手臂的制備，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：369505