本文關(guān)鍵詞：雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備及其力學(xué)行為研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：自然界的動、植物等生物體大多是軟材料組成的,而水凝膠則是其中一種重要的、具有特殊結(jié)構(gòu)的軟材料,這種軟材料是由充滿水的三維高分子網(wǎng)絡(luò)組成的。由于具有與生物組織的相似性、典型的響應(yīng)性和溶脹性等一系列的特殊性質(zhì),水凝膠在藥物傳遞系統(tǒng)、組織工程、電子傳感和效應(yīng)器件設(shè)計等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而,傳統(tǒng)水凝膠的力學(xué)特性較差,這使得水凝膠的應(yīng)用被限制于那些對水凝膠的力學(xué)特性要求不高的地方,如藥物傳遞系統(tǒng),吸水材料等。雖然水凝膠和生物體組織和器官具有很大的相似性,然而填補(bǔ)合成的水凝膠和天然生物組織的水凝膠之間性能上的差距和并擴(kuò)展水凝膠在生物體承載系統(tǒng)上的應(yīng)用范圍,仍然是一個很關(guān)鍵的課題。因此,研究水凝膠的力學(xué)行為對于擴(kuò)展水凝膠的應(yīng)用具有重要的意義。本文基于熱力學(xué)框架、連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論以及高分子理論,我們首先制備了高力學(xué)強(qiáng)度和韌性的海藻酸鈣/聚丙烯酰胺雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠,以及與其相對應(yīng)的單網(wǎng)絡(luò)的藻酸鈣離子交聯(lián)水凝膠和聚丙烯酰胺共價交聯(lián)的水凝膠。然后,研究了水凝膠在低溫條件-6℃到-45℃范圍內(nèi)的一些特性,研究結(jié)果表明,與傳統(tǒng)水凝膠相比,海藻酸鈣/聚丙烯酰胺雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠在常溫情況下表現(xiàn)出較好的力學(xué)特性。當(dāng)溫度降低到-6℃到-10℃,水凝膠開始變白,此時水凝膠的模量發(fā)生了顯著的上升變化。但水凝膠整體上的力學(xué)行為和常溫下較為相近。當(dāng)溫度降到-25℃時,水凝膠開始變得非常堅硬和展現(xiàn)出良好的塑性。當(dāng)溫度降到-50℃時候,屈服現(xiàn)象開始消失,代替的是水凝膠變得脆性。這些研究結(jié)果表明,即使往冰中摻入少量的高分子網(wǎng)絡(luò),卻能讓冰從脆性轉(zhuǎn)化為韌性。基于水凝膠這種低溫力學(xué)行為,水凝膠的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒈粩U(kuò)展。另外一方面,基于模仿軟骨的結(jié)構(gòu),制備了纖維增強(qiáng)水凝膠基復(fù)合材料,研究了沿垂直于纖維方向拉伸時復(fù)合材料薄膜的力學(xué)行為,建立了理論分析模型,得到了纖維增強(qiáng)型PAAm水凝膠中纖維的屈曲臨界伸長比。含水量高達(dá)90wt%在低溫條件下展現(xiàn)出的高強(qiáng)度,高延展性,以及能承受較高的壓力載荷和各種彎曲、扭轉(zhuǎn)、打結(jié)等大變形的特性,將會擴(kuò)展水凝膠材料在低溫領(lǐng)域的應(yīng)用價值。另外,纖維增強(qiáng)水凝膠基復(fù)合材料的屈曲力學(xué)行為研究,對于軟骨替代材料的設(shè)計和損傷預(yù)判起到了一定理論支撐和借鑒意義。
【關(guān)鍵詞】：水凝膠 力學(xué)行為 低溫 塑性 彈性纖維 屈曲
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O648.17
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-24
• 1.1 水凝膠材料概述11-15
• 1.1.1 水凝膠材料的基本概念11-12
• 1.1.2 水凝膠材料的分類12-13
• 1.1.3 軟骨組織的力學(xué)特性13-14
• 1.1.4 軟骨替代材料—水凝膠14-15
• 1.2 水凝膠材料常用制備方法15-17
• 1.2.1 化學(xué)交聯(lián)方法15-16
• 1.2.2 物理交聯(lián)方法16-17
• 1.3 水凝膠材料的功能和應(yīng)用17-19
• 1.3.1 傷口修復(fù)(Wound Dressing)17-18
• 1.3.2 器件設(shè)計(Sensors and Actuators)18
• 1.3.3 藥物傳遞系統(tǒng)(Drug Delivery System)18
• 1.3.4 組織工程(Tissue Engineering)18-19
• 1.3.5 角膜接觸鏡(Contact Lens)19
• 1.4 水凝膠材料力學(xué)特性研究現(xiàn)狀19-22
• 1.4.1 滑動交聯(lián)水凝膠(Slide-ring hydrogels)20
• 1.4.2 納米復(fù)合水凝膠(Nanocomposite hydrogels)20-21
• 1.4.3 雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠(Double network hydrogels)21-22
• 1.5 本文研究目的、研究內(nèi)容及研究意義22-24
• 第2章 單、雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠材料和纖維增強(qiáng)水凝膠基復(fù)合材料的制備24-29
• 2.1 Alginate/PAAm雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備24-26
• 2.1.1 試劑和實驗儀器24
• 2.1.2 合成步驟24-26
• 2.2 PAAm單網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備26-27
• 2.2.1 試劑和實驗儀器26
• 2.2.2 合成步驟26-27
• 2.3 Alginate單網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備27-28
• 2.3.1 試劑和實驗儀器27
• 2.3.2 合成步驟27-28
• 2.4 纖維增強(qiáng)水凝膠基復(fù)合材料的制備28
• 2.4.1 原料和試劑28
• 2.4.2 合成步驟28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第3章 水凝膠的低溫力學(xué)研究29-45
• 3.1 引言29-30
• 3.2 實驗30-37
• 3.2.1 低溫單軸壓縮實驗30-33
• 3.2.2 低溫SEM掃描觀察實驗33-36
• 3.2.3 水凝膠相轉(zhuǎn)變實驗以及DSC測試36-37
• 3.3 數(shù)據(jù)分析和討論37-42
• 3.4 用途和意義42-44
• 3.5 本章小結(jié)44-45
• 第4章 纖維增強(qiáng)水凝膠基復(fù)合材料的纖維屈曲行為研究45-57
• 4.1 引言45-46
• 4.2 單軸拉伸測試46-53
• 4.3 理論建模和分析53-56
• 4.4 本章小結(jié)56-57
• 第5章 總結(jié)和展望57-60
• 5.1 總結(jié)57-58
• 5.2 展望58-60
• 參考文獻(xiàn)60-66
• 作者簡歷66
• 攻讀碩士期間科研成果66

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