聚合物水凝膠基致動器是指智能的刺激響應水凝膠,在各種外部刺激時會產(chǎn)生可逆地變形。將諸如pH,光,熱,磁場和離子強度之類的外部能量轉(zhuǎn)換為機械運動的水凝膠致動器在近年來引起了極大的關注。為了確保水凝膠致動器在廣泛領域中的實用性,需要建立穩(wěn)定可靠的快速響應和快速恢復性能。已經(jīng)提出了幾種解決方案,例如,使用納米復合材料在水凝膠中構筑多孔和各向異性結構,以提高響應速度和變形效率。本論文主要從蒙脫土（MMT）與聚異丙基丙烯酰胺（PNIPAM）復合水凝膠制備和致動器結構設計出發(fā),設計出高響應速度和高恢復速度的水凝膠致動器。本論文的研究內(nèi)容主要包括以下部分:1.制備MMT-PNIPAM復合水凝膠,并構筑水凝膠致動器,通過控制MMT含量來控制水凝膠的驅(qū)動方向,通過結構設計來提高致動器的驅(qū)動多樣性。結果表明,MMT含量為0.2 g時該致動器響應可達36°/s,響應幅度可達289°,可通過水凝膠結構設計實現(xiàn)字母“Z”“S”“T”“U”等可控驅(qū)動。2.為了解決水凝膠驅(qū)動變形后恢復慢的問題,我們在MMT-PNIPAM復合水凝膠的基礎上,采用3-氨丙基三乙氧基硅烷水解處理MMT,使其表面正電化,并通過異種電荷吸引... 

【文章來源】：浙江理工大學浙江省

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２基于以下條件的水凝膠致動器：（ａ）由滲透壓變化驅(qū)動的刺激響應水凝膠示意圖，（ｄ）受變化磁??場控制的磁性粒子的水凝膠示意圖，（ｇ）受變化電場控制的自由離子的水凝膠示意圖，和（ｊ）具有腔室??結構的通過液壓或氣壓致動的水凝膠示意圖

浙江理工大學碩士學位論文?ＰＮＩＰＡＭ基復合水凝膠的制備及驅(qū)動行為研究??１．３水凝膠致動器的各向異性結構??普遍原則是，材料的潛在用途主要由特性決定，而特性基本上由結構決定。因此，??各向異性結構的設計和制造對于水凝膠致動器的開發(fā)至關重要。到目前為止，各種非均??質(zhì)結構包括雙層結構１〇８－７牝梯度結構１７１－７３１，圖案化結構「４力１，定向結構１７６－７９１，等己被探??索（圖１．３）??（ＣＭＨＦ?（Ｖ?Ｊ??議國＿圓??Ｂｉｌａｙｅｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?Ｇｒａｄｉｅｎｔ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?Ｏｒｉｅｎｔｅｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??圖１．３各種各向異性結構的示意圖，包括雙層結構，梯度結構，圖案化結構和定向結構ｌ８＂ｌ??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３．?Ｔｈｅ?ｃａｒｔｏｏｎ?ｇｕｒｅｓ?ｏｆ?ｖａｒｉｏｕｓ?ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，?ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ?ｂｉｌａｙｅｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，?ｇｒａｄｉｅｎｔ??ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，?ｐａｔｔｅｒｎｅｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，?ａｎｄ?ｏｒｉｅｎｔｅｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ＇８０１??１．３．１雙層結構??由兩個具有不同溶脹率或溶脹率的水凝膠片組成的雙層水凝膠致動器己經(jīng)成功開發(fā)，??可以根據(jù)兩個部件的不對稱響應特性進行可控制的變形，例如彎曲和彎曲。為了構建雙??層水凝膠致動器，己經(jīng)探索了幾種方法，包括逐層聚合，通過可逆開關組裝不同的水凝??膠（例如主客相互作用）和氫鍵。（例如主客相互作用）和氫鍵。??逐層聚合ｌ６９，８ｔ＞ｌ是一種用于制造具有雙層結構的水凝膠致動器的廣泛使用的策略。在??制備過程中，第二層的單

?海＃＿?＿??＂Ｍｉ、丄、、丄、??■＃？?ｓｗｅｌｌｉｎｇ?ｓｈｒｉｎｋｉｎｇ?＂＇°＊ｐ＇，，Ｙ??＾０?—??Ｒｅｌｅａｓｅ?ｗａｔｅｒ?ｗｉｔｈ?ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?（ＬＣＳＴ）??（ｂ）?Ｃｌｏｓｅ?ａｎｄ?ｒｅｏｐｅｎ?ｉｎ?ｗａｔｅｒ?（ｃ）?Ｃｌｏｓｅ?ａｎｄ?ｒｅｏｐｅｎ?ｉｎ?ｏｉｌ??ａ＾Ｊｌ??（ｄ）?Ｇｒａｓｐ?ａｎｄ?ｒｅｌｅａｓｅ?ｉｎ?ａｉｒ??＿?．?＿｜Ｐ??產(chǎn)一５』?Ｇｒａｓｐ?ｒ?Ｒｅｌｅａｓｅ??圖１．４⑷制成了由ＰＮＩＰＡＭ層和Ｐ（ＡＡｃ－ｃｏ＾ＡＡｍ）層組成的雙層水凝膠，ＰＮ１ＰＡ１Ｖ１層會隨著溫度的升??高而釋放水，而Ｐ（ＡＡ〇Ｃ〇－ＡＡｍ）層會吸收水隨著溫度升高，水會滲入水中，結果雙層水凝膠會彎??曲。（ｂ）在４０和丨５°Ｃ的水中關閉和重新打開水凝膠凝膠劑。（ｃ＞在４０和丨５°Ｃ下關閉和重新打開水??凝膠劑。ｄ＞水凝膠夾持器抓住加熱的金屬絲，將其提起，并在與冰冷的表面接觸時釋放１８３１。??Ｆｉｇ．１．４?（ａ）?Ａ?ｂｉｌａｖｅｒ?ｈｙｄｒｏｇｅｌ?ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ?ｏｆ?ａ?ＰＮＩＰＡＭ?ｌａｙｅｒ?ａｎｄ?ａ?Ｐ（ＡＡｃ－ｃｏ－ＡＡｍ）?ｌａｙｅｒ?ｉｓ?ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ，??ｔｈｅ?ＰＮ１ＰＡＭ?ｌａｙｅｒ?ｗｏｕｌｄ?ｒｅｌｅａｓｅ?ｗａｔｅｒ?ｗｉｔｈ?ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，?ｗｈｉｌｅ?ｔｈｅ?Ｐ（ＡＡｃ－ｃｏ－ＡＡｍ）?ｌａｙｅｒ??ｗｏｕｌｄ?ｕｐｔａｋｅ?ｗａｔｅｒ?ｗｉｔｈ?ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｂｉｌａｙｅｒ?ｈｙｄｒｏｇｅｌ?ｗｏｕｌｄ?ｂ


本文編號：3341623