水凝膠具有含水量高、生物兼容性好、孔隙率大等優(yōu)點(diǎn),是最接近生物軟組織的濕軟材料,因此在生物醫(yī)學(xué)、植入醫(yī)療器械等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。近些年,為了讓水凝膠能夠作為結(jié)構(gòu)性基質(zhì)材料,水凝膠的力學(xué)性能引起了廣泛的研究。雖然一些強(qiáng)韌性水凝膠材料已被陸續(xù)開發(fā)出來(lái),但不同的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)水凝膠的力學(xué)響應(yīng)行為有特異性要求。因此,實(shí)現(xiàn)水凝膠的力學(xué)響應(yīng)行為的理性設(shè)計(jì)具有重要的現(xiàn)實(shí)與科學(xué)意義。另外,在實(shí)際應(yīng)用中,除了需要考慮水凝膠的力學(xué)性能,從應(yīng)用角度出發(fā)賦予其特殊功能性也十分重要。如軟電子學(xué)和傳感器等領(lǐng)域,需要水凝膠具有導(dǎo)電的特性。而像生物醫(yī)用材料、驅(qū)動(dòng)器等領(lǐng)域,需要水凝膠能對(duì)不同刺激性做出響應(yīng),如形狀可編程的智能材料。因此,如何采用有效的策略,設(shè)計(jì)和構(gòu)建功能性強(qiáng)韌水凝膠,一直是高分子水凝膠領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。目前,大部分水凝膠不能將優(yōu)異的機(jī)械性能與導(dǎo)電性或形狀記憶效應(yīng)等功能性很好的整合在一起。例如:對(duì)于導(dǎo)電水凝膠而言,現(xiàn)有的導(dǎo)電水凝膠的機(jī)械強(qiáng)度相對(duì)較低,目前提高機(jī)械性能的策略主要是采用不導(dǎo)電的柔性基質(zhì)。然而,由于引入的非導(dǎo)電聚合物基質(zhì)占據(jù)了很大一部分空間,這可能會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)電性能的下降,并且還涉及額外的復(fù)雜過(guò)程。對(duì)于... 

【文章來(lái)源】：廣東工業(yè)大學(xué)廣東省

【文章頁(yè)數(shù)】：117 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

基于氫鍵相互作用的純物理交聯(lián)水凝膠[20,21]

廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1-2基于聚兩性電解質(zhì)的物理交聯(lián)水凝膠[23]。Fig.1-2Physicallycross-linkedhydrogelbasedonpolyampholyte[23].（三）疏水相互作用：疏水相互作用具有非飽和以及無(wú)方向性，為締合設(shè)計(jì)提供了更高的靈活度。驅(qū)動(dòng)疏水分子或分子非極性部分自發(fā)聚集而不是溶解在水中的力稱為疏水相互作用或聚集[18]。許多物理交聯(lián)位點(diǎn)（如部分氫鍵和離子鍵）在復(fù)雜的水溶液環(huán)境下的穩(wěn)定性受限。相對(duì)地，疏水相互作用在大型生物系統(tǒng)的形成中起主導(dǎo)作用，故水環(huán)境下特有的疏水團(tuán)簇是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性的最佳物理交聯(lián)位點(diǎn)之一[21]。構(gòu)筑疏水團(tuán)簇的通用策略是：采用具有親水性主鏈和疏水性側(cè)鏈基團(tuán)的主體聚合物，在水分子的促進(jìn)下實(shí)現(xiàn)側(cè)鏈基團(tuán)的自組裝團(tuán)聚而形成交聯(lián)位點(diǎn)。目前，大多數(shù)疏水締合水凝膠是由膠束形成，膠束共聚需要疏水性單體溶解在由表面活性劑形成的膠束中。烷基丙烯酸酯（C16-C18）常用來(lái)制備具有疏水相互作用的高強(qiáng)度水凝膠。Okay課題組使用丙烯酰胺作為親水性單體，使用丙烯酸月桂酯作為疏水性單體，獲得了非常穩(wěn)定的疏水締合水凝膠并表現(xiàn)出形狀記憶、可塑性、自愈合等優(yōu)異性能[24-26]（圖1-3）。然而，在膠束共聚合過(guò)程中，為了保持疏水單體在水介質(zhì)中的溶解度，需要大量的表面活性劑。表面活性劑的存在可能會(huì)削弱疏水締合，從而削弱機(jī)械強(qiáng)度。Li等人探索了一種新型表面活性劑來(lái)制備疏水締合水凝膠，有望克服表面活性劑的缺點(diǎn)[27]。此外，也有報(bào)道采用縮聚或者自由基共聚的方式來(lái)制備這類材料[28,29]。圖1-3基于疏水相互作用的水凝膠[30]。Fig.1-3Hydrogelbasedonhydrophobicinteraction[30].由于非共價(jià)相互作用的引入不僅改善了抗疲勞性與自愈合性的問題，還發(fā)現(xiàn)具有

第一章緒論7cm-1。通過(guò)改變HPC纖維的濃度和NaCl溶液的浸泡濃度，可以很容易地調(diào)節(jié)HPC/PVA離子導(dǎo)電水凝膠的機(jī)械性能和離子導(dǎo)電率，以適應(yīng)不同的軟組織需求。為了進(jìn)一步提高水凝膠的離子導(dǎo)電性，可離子化的官能團(tuán)通常被引入到聚合物網(wǎng)絡(luò)中[44]，通常被稱為聚電解質(zhì)或兩性離子（單體同時(shí)具有正電荷和負(fù)電荷）網(wǎng)絡(luò)（如圖1-4B所示）。Zhao等人受蜘蛛絲的有序結(jié)構(gòu)和紡絲方式的啟發(fā)，制備出了具有有序排列聚合物鏈的導(dǎo)電水凝膠纖維[45]’[46]。圖1-4（A）基于小分子鹽的離子導(dǎo)電水凝膠[42]；（B）基于聚電解質(zhì)或兩性離子的導(dǎo)電水凝膠[44]。Fig.1-4(A)Ionconductivehydrogelbasedonsmallmoleculesalt[42];(B)Conductivehydrogelbasedonpolyelectrolyteorzwitterion[44].（二）電子導(dǎo)電水凝膠電子導(dǎo)電水凝膠（ECHs）主要包括基于碳材料的復(fù)合水凝膠[47,48]、基于金屬納米顆粒的水凝膠[49]和導(dǎo)電聚合物水凝膠（CPGs），下面主要討論CPGs。導(dǎo)電聚合物通常是一類具有共軛鏈結(jié)構(gòu)的聚合物，常見的有聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）、聚苯胺（PANI）、聚吡咯（PPy）、聚噻吩（PTh）等，經(jīng)常被用于制備各種功能性電子導(dǎo)電水凝膠。目前，合成導(dǎo)電聚合物水凝膠主要包括兩種方式：①不使用任何絕緣聚合物基質(zhì)的情況下，直接通過(guò)摻雜分子交聯(lián)導(dǎo)電聚合物鏈以形成三維水凝膠網(wǎng)絡(luò)。②在預(yù)成型水凝膠基質(zhì)中聚合芳香族單體的方式來(lái)制備導(dǎo)電聚合物（圖1-5）。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高強(qiáng)度聚丙烯酸基黏附水凝膠[J]. 王萌,武騰玲,劉博,崔春燕,楊建海,劉文廣.  中國(guó)科學(xué):技術(shù)科學(xué). 2020(08)
[2]水凝膠海洋防污材料研究進(jìn)展[J]. 董磊,劉永志,賈寧,李昌誠(chéng),趙海洲,于良民.  工程塑料應(yīng)用. 2020(04)
[3]主客體膠束水凝膠的制備及對(duì)神經(jīng)生長(zhǎng)因子的包載[J]. 馮俊峰,張晟,柯朵,李幫經(jīng),周先禮,黃帥.  高分子材料科學(xué)與工程. 2020(03)
[4]用于軟骨修復(fù)的組織工程水凝膠[J]. 李瀾,蔣青.  生命科學(xué). 2020(03)
[5]超分子形狀記憶水凝膠研究進(jìn)展[J]. 簡(jiǎn)鈺坤,路偉,張佳瑋,陳濤.  高分子學(xué)報(bào). 2018(11)
[6]基于導(dǎo)電聚合物水凝膠材料的高性能柔性固態(tài)超級(jí)電容器（英文）[J]. 王凱,張熊,孫現(xiàn)眾,馬衍偉.  Science China Materials. 2016(06)



本文編號(hào)：3419113