1、l 智能高分子材料智能高分子材料概述概述l 智能高分子凝胶智能高分子凝胶l 形状记忆高分子材料形状记忆高分子材料l 展望展望8.1 概述概述智能材料智能材料可以可以感知感知外部的刺激（传感功能），外部的刺激（传感功能），通过通过自我判断和自我结论自我判断和自我结论（处理功（处理功能），实现能），实现自我指令自我指令的功能（执行功的功能（执行功能）的材料能）的材料特点特点l具有感知功能：具有感知功能：能够检测并识别外部能够检测并识别外部的刺激强度，如光、电、热、应力、的刺激强度，如光、电、热、应力、应变、化学等应变、化学等l具有驱动功能：具有驱动功能：能够响应外界变化能够响应外界变化l能够按照设
2、定的方式能够按照设定的方式选择和控制响应选择和控制响应l反应灵敏反应灵敏、及时、恰当、及时、恰当l外部刺激消除后，迅速回到原状态外部刺激消除后，迅速回到原状态智能材料智能材料智能金属材料智能金属材料智能无机非金属材料智能无机非金属材料智能高分子材料智能高分子材料集感知、驱动和信息处理于一集感知、驱动和信息处理于一体，形成类似生物材料那样具体，形成类似生物材料那样具有智能属性的高分子材料有智能属性的高分子材料l 多水平结构层次多水平结构层次l 较弱的分子间作用力较弱的分子间作用力l 侧链易引入官能团侧链易引入官能团l 便于分子设计和精细控制便于分子设计和精细控制l 质轻易涂覆质轻易涂覆利于感知判
3、利于感知判断环境，实断环境，实现环境响应现环境响应优点优点类别类别性质性质应用应用记忆功能高记忆功能高分子材料分子材料对应力形状体积色泽对应力形状体积色泽等有记忆效应等有记忆效应医用材料、包装材料医用材料、包装材料织物材料、热收缩管织物材料、热收缩管智能纤维织智能纤维织物物聚乙二醇与纤维共混聚乙二醇与纤维共混物；热适应性；可逆物；热适应性；可逆收缩性收缩性服装保温系统、传感服装保温系统、传感/执行系执行系统、生物医用压力绷带统、生物医用压力绷带智能高分子智能高分子凝胶凝胶三维高分子网络与溶三维高分子网络与溶剂组成的体系；剂组成的体系；体积体积相转变相转变组织培养、组织培养、环境工程环境工程化学
4、机械系统、化学机械系统、调光材料、调光材料、智能药物释放体系智能药物释放体系智能高分子智能高分子复合材料复合材料集成传感器、信息处集成传感器、信息处理器和功能驱动器；理器和功能驱动器；多学科交叉产物多学科交叉产物自愈合，自应变，自动修补自愈合，自应变，自动修补混凝土；减震速造建筑材料；混凝土；减震速造建筑材料；形状记忆合金与复合功能器形状记忆合金与复合功能器件；压电材料件；压电材料智能高分子智能高分子膜膜选择性渗透、选择性选择性渗透、选择性吸附和分离等；膜的吸附和分离等；膜的组成、结构和形态的组成、结构和形态的变化变化-智能化智能化选择透过膜材、传感膜材、选择透过膜材、传感膜材、仿生膜材、人工
5、肺仿生膜材、人工肺l 定义定义l 体积相转变体积相转变l 刺激响应性与分类刺激响应性与分类l 制备制备l 应用应用8.2 智能高分子凝胶智能高分子凝胶1.1.智能高分子凝胶定义智能高分子凝胶定义l三维高分子网络与溶剂组成的体系三维高分子网络与溶剂组成的体系l含有亲溶剂性基团，可被溶剂溶胀含有亲溶剂性基团，可被溶剂溶胀l最大的特点最大的特点:体积相转变体积相转变l“软湿软湿”材料，强度低，有特殊功能材料，强度低，有特殊功能l 水凝胶、有机凝胶水凝胶、有机凝胶2.智能高分子凝胶智能高分子凝胶l 内因：范德华力、氢键、疏水作用及静电作用力-相互组合和竞争溶胀相收缩相Robert,P.Advance
6、in Colloid and Interface Sci,2000,85,32-33外界环境变化体积不连续变化例如：在高分子凝胶中出现相转变，表现为网络的网孔增大、网络失去弹性、网络的体积急剧变化（可变化几百倍之多），甚至在三维网络结构中不再存在凝胶相。而且这些变化是可逆的和不连续的。3.智能高分子凝胶的刺激响应性与分类智能高分子凝胶的刺激响应性与分类l温度温度响应性凝胶l光光响应性凝胶l压力压力敏感性凝胶l电场电场响应性凝胶刺激响应性刺激化学、相分离、形状、表面、渗透性、机械强度、光、电响应分类分类物理刺激 化学刺激温度光压力电场pH生化盐浓度4.智能高分子凝胶的制备智能高分子凝胶的制备l起
7、始原料：单体(水溶或油溶单体)聚合物(天然或合成聚合物)单体和聚合物的混合物l两个前提:主链或侧链上带有大量的亲水基团 适当的交联网络结构制备方法：l单体的交联聚合 l接枝共聚 l其它交联或转化等引发剂辐射引发自由基均聚或共聚智能凝胶智能凝胶烯类单体共价连接天然高分子（淀粉纤维素）及衍生物5.智能高分子凝胶的应用智能高分子凝胶的应用-调光材料&组织培养高温白浊化低温透明调光材料溶胀收缩循环组织培养细胞温敏性高分子水凝胶聚异丙基丙烯酰胺PNIPAM接枝到PS培养板形成薄膜，37，疏水，能与细胞很好的结合；20，凝胶表面变得亲水，细胞可自动的与凝胶表面脱离R.,Yoshida.et al.Scie
8、nce and technology of Advanced materials,2002,3,95-102智能高分子凝胶的应用智能高分子凝胶的应用-Poly(NIPAAm-co-Ru(bpy)3)循环提供的动力自振动凝胶作成毛状传动装置智能高分子凝胶的应用智能高分子凝胶的应用-智能药物释放系统智能药物释放系统释放释放机理机理刺激响应脉冲释放刺激响应脉冲释放网孔的可控性葡萄糖响应高分子配合物形成的胰岛素释放微囊聚乙二醇感知葡萄糖浓度交换键合释放药物患者的血糖浓度维持正常水平凝胶用于污泥脱水过程智能高分子凝胶的应用智能高分子凝胶的应用-环境工程环境工程溶胀收缩循环智能高分子凝胶的应用智能高分子凝
9、胶的应用人工肌肉人工肌肉利用高分子凝胶的溶胀，收缩，设计具有肌肉功能的装置，制成的机械手智能高分子凝胶的应用智能高分子凝胶的应用智能膜智能膜智能型高分子的构象会因外部某种条件的微小变化而发生突变,而且这种变化可因外部条件变化的消失而消失。可以设计制作各种截留分子量可调控分离膜。例如，将末端带二硫键的聚L谷氨酸接枝到聚碳酸酯膜的孔道结构中，利用这种大分子在pH低时构象收缩，pH高时构象伸展调控膜的孔道大小。高分子人造树胶质聚丙烯酸。白色粉末，加水生成粘度低的酸性溶液，加碱中和可得澄明且稳定的凝胶。可用作优良的悬浮剂、稳定剂、乳化剂，高级化妆品的透明基质及药用辅料基质，也是最有效的水溶性增稠剂。l
10、定义定义l反应过程反应过程l种类种类l应用应用记忆高分子材料记忆高分子材料记忆高分子材料记忆高分子材料l应力应力记忆高分子材料记忆高分子材料l形状形状记忆高分子材料记忆高分子材料l体积体积记忆高分子材料记忆高分子材料l色泽色泽记忆高分子材料记忆高分子材料l利用结晶或半结晶高分子材料经过辐射交联或化学交联后具有形状记忆效应l先决条件：高弹形变，分子构象l分类：热致感应型；光致感应型；电致感应型；化学感应型形状形状记忆高分子材料记忆高分子材料热致形状记忆热致形状记忆T.Ohki et al.Composites:Part A 35 1066,2004,10651073热致形状记忆高分子种类热致形状
11、记忆高分子种类l聚烯烃类：耐高温 耐腐蚀场合l聚酯类：耐热、耐化学药品-医用l聚氨酯类：建筑 医学热致形状记忆高分子的应用热致形状记忆高分子的应用医疗器材医疗器材-固定创伤部位的器材固定创伤部位的器材加热安装冷却固定加热脱下医疗器材医疗器材-手术缝合线手术缝合线A.,Lendlein and R,Robert L.Science,2002,296,1673-1676.热致形状记忆高分子的应用热致形状记忆高分子的应用异径管接合材料异径管接合材料-热收缩管热收缩管l 包装材料变形物的复原，如紧固铆钉紧固铆钉等热致形状记忆高分子的应用热致形状记忆高分子的应用l 加快响应速率加快响应速率l 仿生化仿生化以细胞作为蓝本,向生物体的多重功能逼近、功能上接近甚 至超过生物体组织l 模糊化模糊化刺激响应性不限于一一对应,判断-依次发挥调节功能
