基于磁性納米粒子的智能變色凝膠及凝膠驅(qū)動器
發(fā)布時間：2022-02-13 15:53
本工作的主要目的是制備由磁性粒子和刺激響應組分構(gòu)成的功能性復合水凝膠,擴展其功能性應用的同時提升原有性能。本工作的研究思路是首先采用中性單體制備得到變色凝膠再水解獲得p H刺激-響應性的功能。通過構(gòu)建雙網(wǎng)絡的方法提升其力學性能,并建立了凝膠應變-電阻比變化-顏色變化的對應關系;然后通過往水中引入無機納米粘土顆粒Laponite XLG,獲得了穩(wěn)定變色的溫敏性水凝膠,研究了其變色驅(qū)動行為及不同配方對凝膠性能的影響;最后采用原位合成法獲得聚兩性電解質(zhì)磁性水凝膠,探索了其在酸堿溶液中力學性能的形狀記憶行為,并設計了驅(qū)動器。本工作的主要內(nèi)容如下:1.p H刺激-響應性變色凝膠的制備是通過非離子型單體甲基丙烯酸-2-羥乙酯（HEMA）、丙烯酰胺（AM）與在磁場下可有序排列的碳包覆的四氧化三鐵（Fe3O4@C）磁性納米粒子共聚后水解得到,該凝膠可在p H值為2～7范圍內(nèi)呈現(xiàn)不同顏色響應,且該過程可逆。通過構(gòu)建雙網(wǎng)絡水凝膠的方法制備了力學性能大幅提升的變色水凝膠,其斷裂強度最高可達875 k Pa;通過往其中引入Na Cl溶液,建立了應變-電阻比變化-顏色...
【文章來源】：華南理工大學廣東省211工程院校985工程院校教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：95 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
(a)水凝膠在75℃的熱塑性行為；(b)室溫下的形狀記憶行為[37]
（GO）、明膠和海藻酸鈉，注入自制模具進一步處理后獲得導管，該導管管壁均勻，不僅具有良好的柔韌性，還能夠有效促進修復大鼠坐骨神經(jīng)損傷，在神經(jīng)再生方面具有潛在應用。Sun等人[44]在磁場下通過具有磁響應的鈦酸鹽電解質(zhì)TiNS片層關聯(lián)PNIPAM水凝膠，同時引入金（Au）納米粒子，獲得了Au/TiNS/PNIPAM復合水凝膠。TiNS片層在磁場下取向排列，限制了復合水凝膠的變形方向，故當激光照射時，Au納米粒子發(fā)熱引起PNIPAM水凝膠相變，凝膠只能沿片層面的剪切方向發(fā)生變形，故而形成了類似于蚯蚓爬行的驅(qū)動，如圖1-2所示。圖1-2Au/TiNS/PNIPAM復合水凝膠在激光照射下模仿蚯蚓爬行[44]Fig.1-2TheAu/TiNS/PNIPAMcompositehydrogelmimicsearthwormcrawlunderlaserlight[44]近年來，納米材料逐漸凸顯的獨特功能及其飛速發(fā)展的趨勢，使得越來越多的科研人員愈發(fā)關注其與聚合物的協(xié)同作用[45]。本工作主要內(nèi)容也屬于復合水凝膠的范疇，其中重點關注通過無機粒子與刺激-響應單元復合得到的變色凝膠和磁性水凝膠的功能性，后續(xù)將作進一步介紹。
華南理工大學碩士學位論文41.1.3自修復水凝膠自修復水凝膠可以自主修復使用過程中產(chǎn)生的裂痕，有利于維持本體凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的完整性，使之長期穩(wěn)定地發(fā)揮其功能[46]，目前主要通過動態(tài)共價鍵[47]和非共價鍵[48,49]兩種方法來設計自修復水凝膠，用于水凝膠自修復的動態(tài)共價反應通常需要重新應用聚合過程的條件，或者使用pH[50]、紫外光照[51]等外部刺激；而動態(tài)非共價作用通常則利用氫鍵[52]、超分子作用[49]、分子擴散和鏈纏結(jié)等物理交聯(lián)[53]。Deng等人[54]通過聚環(huán)氧乙烷基水凝膠中酸性pH值下發(fā)生的酰腙交換反應和堿性pH值下發(fā)生的二硫交換反應，獲得了室溫下可在大范圍pH值內(nèi)自修復的水凝膠；Zhang等人[53]將兩份單獨的聚乙烯醇水凝膠端口接觸，室溫下12小時內(nèi)，界面兩端鏈擴散形成氫鍵，界面消失，且隨著接觸時間的延長，自修復率逐漸升高；Wei等人[55]制備了基于多糖的生物相容性自修復水凝膠，其自修復率可達95%；Zhu等人[56]通過引入帶負電的粘土片層，制備了明膠/PAM/粘土水凝膠，如圖1-3所示，該水凝膠不僅可以導電，還擁有優(yōu)異的自修復性能、強黏附性能；此外能對鹽離子、pH和應力等多重刺激進行響應，展現(xiàn)了良好的生物相容性。圖1-3明膠/PAM/粘土水凝膠的自修復過程和黏附行為示意圖[56]Fig.1-3Schematicillustrationoftheself-healingprocessandadhensionperformanceofthegelatin/PAM/Clayhydrogel.[56]1.1.4水凝膠驅(qū)動器針對不同的外界刺激，在微觀或宏觀尺度作出可控形狀改變等機械響應的裝置被稱為驅(qū)動器[57]，水凝膠由于易于變形、具生物相容性、功能性多樣等特征，
本文編號：3623478
【文章來源】：華南理工大學廣東省211工程院校985工程院校教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：95 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
(a)水凝膠在75℃的熱塑性行為；(b)室溫下的形狀記憶行為[37]
（GO）、明膠和海藻酸鈉，注入自制模具進一步處理后獲得導管，該導管管壁均勻，不僅具有良好的柔韌性，還能夠有效促進修復大鼠坐骨神經(jīng)損傷，在神經(jīng)再生方面具有潛在應用。Sun等人[44]在磁場下通過具有磁響應的鈦酸鹽電解質(zhì)TiNS片層關聯(lián)PNIPAM水凝膠，同時引入金（Au）納米粒子，獲得了Au/TiNS/PNIPAM復合水凝膠。TiNS片層在磁場下取向排列，限制了復合水凝膠的變形方向，故當激光照射時，Au納米粒子發(fā)熱引起PNIPAM水凝膠相變，凝膠只能沿片層面的剪切方向發(fā)生變形，故而形成了類似于蚯蚓爬行的驅(qū)動，如圖1-2所示。圖1-2Au/TiNS/PNIPAM復合水凝膠在激光照射下模仿蚯蚓爬行[44]Fig.1-2TheAu/TiNS/PNIPAMcompositehydrogelmimicsearthwormcrawlunderlaserlight[44]近年來，納米材料逐漸凸顯的獨特功能及其飛速發(fā)展的趨勢，使得越來越多的科研人員愈發(fā)關注其與聚合物的協(xié)同作用[45]。本工作主要內(nèi)容也屬于復合水凝膠的范疇，其中重點關注通過無機粒子與刺激-響應單元復合得到的變色凝膠和磁性水凝膠的功能性，后續(xù)將作進一步介紹。
華南理工大學碩士學位論文41.1.3自修復水凝膠自修復水凝膠可以自主修復使用過程中產(chǎn)生的裂痕，有利于維持本體凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的完整性，使之長期穩(wěn)定地發(fā)揮其功能[46]，目前主要通過動態(tài)共價鍵[47]和非共價鍵[48,49]兩種方法來設計自修復水凝膠，用于水凝膠自修復的動態(tài)共價反應通常需要重新應用聚合過程的條件，或者使用pH[50]、紫外光照[51]等外部刺激；而動態(tài)非共價作用通常則利用氫鍵[52]、超分子作用[49]、分子擴散和鏈纏結(jié)等物理交聯(lián)[53]。Deng等人[54]通過聚環(huán)氧乙烷基水凝膠中酸性pH值下發(fā)生的酰腙交換反應和堿性pH值下發(fā)生的二硫交換反應，獲得了室溫下可在大范圍pH值內(nèi)自修復的水凝膠；Zhang等人[53]將兩份單獨的聚乙烯醇水凝膠端口接觸，室溫下12小時內(nèi)，界面兩端鏈擴散形成氫鍵，界面消失，且隨著接觸時間的延長，自修復率逐漸升高；Wei等人[55]制備了基于多糖的生物相容性自修復水凝膠，其自修復率可達95%；Zhu等人[56]通過引入帶負電的粘土片層，制備了明膠/PAM/粘土水凝膠，如圖1-3所示，該水凝膠不僅可以導電，還擁有優(yōu)異的自修復性能、強黏附性能；此外能對鹽離子、pH和應力等多重刺激進行響應，展現(xiàn)了良好的生物相容性。圖1-3明膠/PAM/粘土水凝膠的自修復過程和黏附行為示意圖[56]Fig.1-3Schematicillustrationoftheself-healingprocessandadhensionperformanceofthegelatin/PAM/Clayhydrogel.[56]1.1.4水凝膠驅(qū)動器針對不同的外界刺激，在微觀或宏觀尺度作出可控形狀改變等機械響應的裝置被稱為驅(qū)動器[57]，水凝膠由于易于變形、具生物相容性、功能性多樣等特征，
本文編號：3623478
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