1、2015/12/14第一部分第一部分12021/3/2大大 綱綱1. 材料與智能材料材料與智能材料2. 智能高分子材料及研究內(nèi)容智能高分子材料及研究內(nèi)容3. 智能高分子材料的應(yīng)用與發(fā)展智能高分子材料的應(yīng)用與發(fā)展4. 凝膠定義與制備方法凝膠定義與制備方法5. 智能高分子凝膠及分類智能高分子凝膠及分類6. 智能高分子凝膠應(yīng)用智能高分子凝膠應(yīng)用22021/3/2材料材料功能材料：功能材料：側(cè)重于其特有的功能側(cè)重于其特有的功能感知材料：感知材料：在外界環(huán)境或內(nèi)部狀態(tài)發(fā)生在外界環(huán)境或內(nèi)部狀態(tài)發(fā)生變化時能對之做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)并產(chǎn)生相變化時能對之做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)并產(chǎn)生相應(yīng)動作的材料應(yīng)動作的材料驅(qū)動材料：驅(qū)動材料

2、：對來自外界或內(nèi)部的各種信對來自外界或內(nèi)部的各種信息，如負(fù)載、應(yīng)力、應(yīng)變、振動、熱、息，如負(fù)載、應(yīng)力、應(yīng)變、振動、熱、光、電、磁、化學(xué)輻射等信號的強度及光、電、磁、化學(xué)輻射等信號的強度及變化具有感知能力的材料變化具有感知能力的材料結(jié)構(gòu)材料：結(jié)構(gòu)材料：側(cè)重于機械強度側(cè)重于機械強度機敏材料：機敏材料：同時具有感知與驅(qū)動功能的材料同時具有感知與驅(qū)動功能的材料1.1 1.1 材料材料功能功能材料材料用來制造各用來制造各種傳感器種傳感器用來制成各用來制成各種執(zhí)行器種執(zhí)行器32021/3/2智能材料通常不是一種單一的材料，而是智能材料通常不是一種單一的材料，而是一個材料系統(tǒng)一個材料系統(tǒng)，是一，是一個由多種

3、材料組元通過有機緊密復(fù)合或嚴(yán)格科學(xué)組裝而構(gòu)成的個由多種材料組元通過有機緊密復(fù)合或嚴(yán)格科學(xué)組裝而構(gòu)成的材料系統(tǒng)。智能材料是機敏材料和控制系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物；或材料系統(tǒng)。智能材料是機敏材料和控制系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物；或者說是者說是敏感材料、驅(qū)動材料和控制材料的有機合成敏感材料、驅(qū)動材料和控制材料的有機合成。就本質(zhì)而。就本質(zhì)而言，智能材料就是一種智能機構(gòu)，它是言，智能材料就是一種智能機構(gòu)，它是由傳感器、執(zhí)行器和控由傳感器、執(zhí)行器和控制器三部分組成制器三部分組成。1.2 1.2 智能材料智能材料42021/3/21.3 1.3 智能材料的發(fā)展智能材料的發(fā)展1989年，日本高木俊年，日本高木俊宜教授將信息科學(xué)

4、融宜教授將信息科學(xué)融于材料構(gòu)性和功能，于材料構(gòu)性和功能，首先提出智能材料（首先提出智能材料（intelligent materials）概念，是指對環(huán)境概念，是指對環(huán)境具具有感知、可響應(yīng)有感知、可響應(yīng)，并，并具有功能發(fā)現(xiàn)能力的具有功能發(fā)現(xiàn)能力的新材料。新材料。美國美國 R. E. Neunham教授提出靈巧材料教授提出靈巧材料 (smart materials)概概念，也稱為念，也稱為 機敏材料機敏材料。他將機敏材料分為。他將機敏材料分為3類：被動靈巧材料類：被動靈巧材料，主動靈巧材料，很，主動靈巧材料，很靈巧材料（智能材料靈巧材料（智能材料）。）。52021/3/2u 智能材料概念智能材料概

5、念1.4 1.4 智能材料的概念與設(shè)計智能材料的概念與設(shè)計u 智能材料設(shè)計指導(dǎo)思想智能材料設(shè)計指導(dǎo)思想 材料的多功能復(fù)合；材料的多功能復(fù)合； 材料的仿生設(shè)計。材料的仿生設(shè)計。智能材料是可以智能材料是可以感知感知外部刺激（傳感功能），通外部刺激（傳感功能），通過過自我判斷和自我結(jié)論自我判斷和自我結(jié)論（處理功能），實現(xiàn)（處理功能），實現(xiàn)自我自我指令指令功能（執(zhí)行功能）的材料。功能（執(zhí)行功能）的材料。62021/3/21.5 1.5 智能材料的特征智能材料的特征 傳感功能：傳感功能：能感知自身所處的環(huán)境與條件，如負(fù)載、應(yīng)能感知自身所處的環(huán)境與條件，如負(fù)載、應(yīng)力、應(yīng)變、振動、熱、光、電、磁、化學(xué)、核輻

6、射等的力、應(yīng)變、振動、熱、光、電、磁、化學(xué)、核輻射等的強度及其變化。強度及其變化。 反饋功能：反饋功能：可通過可通過 傳感網(wǎng)絡(luò)，對系統(tǒng)輸入與輸出信息傳感網(wǎng)絡(luò)，對系統(tǒng)輸入與輸出信息進行對比，并將其結(jié)果提供給控制系統(tǒng)。進行對比，并將其結(jié)果提供給控制系統(tǒng)。 信息識別與積累功能：信息識別與積累功能：能識別傳感網(wǎng)絡(luò)得到的各類信能識別傳感網(wǎng)絡(luò)得到的各類信息并將其積累起來。息并將其積累起來。 響應(yīng)功能：響應(yīng)功能：根據(jù)外界環(huán)境和內(nèi)部條件變化根據(jù)外界環(huán)境和內(nèi)部條件變化!適時動態(tài)地適時動態(tài)地做出相應(yīng)的反應(yīng)，并采取必要行動。做出相應(yīng)的反應(yīng)，并采取必要行動。72021/3/2 自診斷能力：自診斷能力：能通過分析比較系

7、統(tǒng)目前的狀況與過去的能通過分析比較系統(tǒng)目前的狀況與過去的情況，對諸如系統(tǒng)故障與判斷失誤等問題進行自診斷并予情況，對諸如系統(tǒng)故障與判斷失誤等問題進行自診斷并予以校正。以校正。 自修復(fù)能力：自修復(fù)能力：能通過自繁殖、自生長、原位復(fù)合等再生能通過自繁殖、自生長、原位復(fù)合等再生機制、來修補某些局部損傷或破壞。機制、來修補某些局部損傷或破壞。 自適應(yīng)能力：自適應(yīng)能力：對不斷變化的外部環(huán)境和條件，能及時地對不斷變化的外部環(huán)境和條件，能及時地自動調(diào)整自身結(jié)構(gòu)和功能，并相應(yīng)地改變自己狀態(tài)和行為自動調(diào)整自身結(jié)構(gòu)和功能，并相應(yīng)地改變自己狀態(tài)和行為，從而使材料系統(tǒng)始終以一種優(yōu)化方式對外界變化做出恰，從而使材料系統(tǒng)始

8、終以一種優(yōu)化方式對外界變化做出恰如其分的響應(yīng)。如其分的響應(yīng)。1.5 1.5 智能材料的特征智能材料的特征82021/3/21.6 1.6 智能材料的工作原理智能材料的工作原理溫度 電場壓力 磁場濕度 聲位置 光輻射速 度 化 學(xué) 輻 射加 速 度 生 物 環(huán) 境感知機械響應(yīng)液體運動電流流動物理性能功 率 擦 控 制化 學(xué) 行 為響應(yīng)生 理 行 為環(huán)境反饋系統(tǒng)智能材料的感知智能材料的感知功能和執(zhí)行功能功能和執(zhí)行功能92021/3/21.7 1.7 智能材料分類智能材料分類分分 類類 方方 法法智能材料種類智能材料種類按材料的種類分類按材料的種類分類金屬類智能材料金屬類智能材料非金屬類智能材料非金

9、屬類智能材料高分子類智能材料高分子類智能材料智能復(fù)合材料智能復(fù)合材料按材料的來源分類按材料的來源分類天然智能材料天然智能材料合成智能材料合成智能材料按材料的應(yīng)用領(lǐng)域分類按材料的應(yīng)用領(lǐng)域分類建筑用智能材料建筑用智能材料工業(yè)用智能材料工業(yè)用智能材料軍用智能材料軍用智能材料醫(yī)用智能材料醫(yī)用智能材料航天用智能材料航天用智能材料按材料的功能分類按材料的功能分類半導(dǎo)體、壓電體、電致流變體半導(dǎo)體、壓電體、電致流變體按電子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵分類按電子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵分類金屬、陶瓷、聚合物、復(fù)合材料金屬、陶瓷、聚合物、復(fù)合材料102021/3/22.1 2.1 智能高分子材料概念智能高分子材料概念智能高分子材料又稱智能聚

10、合物、機敏性聚合物、刺智能高分子材料又稱智能聚合物、機敏性聚合物、刺激響應(yīng)型聚合物、環(huán)境敏感型聚合物，激響應(yīng)型聚合物、環(huán)境敏感型聚合物，是一種能感覺是一種能感覺周圍環(huán)境變化，而且針對環(huán)境的變化能采取響應(yīng)對策周圍環(huán)境變化，而且針對環(huán)境的變化能采取響應(yīng)對策的高分子材料。的高分子材料。智能高分子材料是智能材料的一個重要組成部分。智能高分子材料是智能材料的一個重要組成部分。它它通過分子設(shè)計和有機合成的方法使有機材料本身具有通過分子設(shè)計和有機合成的方法使有機材料本身具有生物所賦予的高級功能生物所賦予的高級功能，如自修復(fù)與自增殖能力、認(rèn)，如自修復(fù)與自增殖能力、認(rèn)識與鑒別能力、刺激響應(yīng)與環(huán)境應(yīng)變能力等。識與

11、鑒別能力、刺激響應(yīng)與環(huán)境應(yīng)變能力等。112021/3/22.2 2.2 智能高分子材料研究內(nèi)容智能高分子材料研究內(nèi)容(1)(1)記憶功能高分子材料記憶功能高分子材料包括應(yīng)力記憶、形狀記憶、體積記憶和色澤記憶等高分子材料包括應(yīng)力記憶、形狀記憶、體積記憶和色澤記憶等高分子材料。主要應(yīng)用于結(jié)構(gòu)材料的不同半徑的管道，容器的包裝材料，。主要應(yīng)用于結(jié)構(gòu)材料的不同半徑的管道，容器的包裝材料，紡織品材料和醫(yī)用材料，研究最多的是形狀記憶高分子材料。紡織品材料和醫(yī)用材料，研究最多的是形狀記憶高分子材料。主要用于主要用于醫(yī)用材料，包裝材料織物材料，熱收縮管醫(yī)用材料，包裝材料織物材料，熱收縮管等。等。(2)(2)智能

12、高分子凝膠智能高分子凝膠包括光敏性、溫敏性、電磁敏感性、壓力敏感性和包括光敏性、溫敏性、電磁敏感性、壓力敏感性和pHpH值敏感性值敏感性等單一響應(yīng)性高分子凝膠及溫度、等單一響應(yīng)性高分子凝膠及溫度、pHpH值敏感性；熱、光敏感性值敏感性；熱、光敏感性；磁、熱敏感性；磁、熱敏感性；pHpH值、離子刺激等雙重或多重響應(yīng)性高分子值、離子刺激等雙重或多重響應(yīng)性高分子凝膠等。其潛在應(yīng)用領(lǐng)域有細(xì)胞培養(yǎng)基質(zhì)、環(huán)境工程、酶的活凝膠等。其潛在應(yīng)用領(lǐng)域有細(xì)胞培養(yǎng)基質(zhì)、環(huán)境工程、酶的活性控制、藥物釋放載體、組織工程、可視化光學(xué)傳感材料、表性控制、藥物釋放載體、組織工程、可視化光學(xué)傳感材料、表面圖案技術(shù)及吸附分離致癌物

13、質(zhì)等。面圖案技術(shù)及吸附分離致癌物質(zhì)等。122021/3/2(3)(3)智能藥物釋放體系智能藥物釋放體系藥物釋放是在當(dāng)藥物所在環(huán)境發(fā)生變化時，體系能夠做出相應(yīng)藥物釋放是在當(dāng)藥物所在環(huán)境發(fā)生變化時，體系能夠做出相應(yīng)的反應(yīng)，以一定的形式釋放藥物的系統(tǒng)。主要用作智能藥物釋的反應(yīng)，以一定的形式釋放藥物的系統(tǒng)。主要用作智能藥物釋放體系；生物信息響應(yīng)體系，如靶向藥物釋放體系及結(jié)合藥物放體系；生物信息響應(yīng)體系，如靶向藥物釋放體系及結(jié)合藥物釋放體系等；納米藥物釋放體系等。釋放體系等；納米藥物釋放體系等。(4)(4)聚合物電流變流體聚合物電流變流體聚合物電流變流體又稱電場致流變體，是新型的智能材料。它聚合物電流變

14、流體又稱電場致流變體，是新型的智能材料。它由低介電常數(shù)的液體和高介電常數(shù)的懸浮顆粒等組成。利用其由低介電常數(shù)的液體和高介電常數(shù)的懸浮顆粒等組成。利用其對電場的響應(yīng)特性，可望用于優(yōu)良的動力傳輸、振動控制、新對電場的響應(yīng)特性，可望用于優(yōu)良的動力傳輸、振動控制、新一代機器人等領(lǐng)域。一代機器人等領(lǐng)域。2.2 2.2 智能高分子材料研究內(nèi)容智能高分子材料研究內(nèi)容132021/3/2(5)(5)智能高分子膜智能高分子膜高分子膜的智能化是通過膜的組成，結(jié)構(gòu)和形態(tài)來實現(xiàn)的，主高分子膜的智能化是通過膜的組成，結(jié)構(gòu)和形態(tài)來實現(xiàn)的，主要包括荷電型超濾膜、接枝型智能膜、互穿網(wǎng)絡(luò)膜、聚電解質(zhì)要包括荷電型超濾膜、接枝型智

15、能膜、互穿網(wǎng)絡(luò)膜、聚電解質(zhì)配合物膜、液晶膜、凝膠膜等。用作選擇透過膜材、傳感膜材配合物膜、液晶膜、凝膠膜等。用作選擇透過膜材、傳感膜材、仿生膜材和人工肺等。、仿生膜材和人工肺等。(6)(6)智能紡織品智能紡織品智能紡織品是傳統(tǒng)的紡織服裝技術(shù)與材料科學(xué)、結(jié)構(gòu)機理、傳智能紡織品是傳統(tǒng)的紡織服裝技術(shù)與材料科學(xué)、結(jié)構(gòu)機理、傳感技術(shù)和先進的加工工藝、通訊技術(shù)、人工智能、生物技術(shù)的感技術(shù)和先進的加工工藝、通訊技術(shù)、人工智能、生物技術(shù)的有機結(jié)合。主要產(chǎn)品有信息服裝、數(shù)字服裝、智能文胸、保健有機結(jié)合。主要產(chǎn)品有信息服裝、數(shù)字服裝、智能文胸、保健服裝、滅蚊服裝、情感服裝、軍用帳篷、還有自動清潔織物和服裝、滅蚊服

16、裝、情感服裝、軍用帳篷、還有自動清潔織物和自動修補織物等。自動修補織物等。2.2 2.2 智能高分子材料研究內(nèi)容智能高分子材料研究內(nèi)容142021/3/2(7)(7)智能橡塑材料智能橡塑材料智能橡塑材料是指具有智能化的橡膠和塑料，主要用作熱收縮智能橡塑材料是指具有智能化的橡膠和塑料，主要用作熱收縮管和自增強體系。智能化的橡膠制品有智能鞋、高吸水性樹脂管和自增強體系。智能化的橡膠制品有智能鞋、高吸水性樹脂和智能防水材料、智能輪胎、智能安全氣囊。智能化塑料制品和智能防水材料、智能輪胎、智能安全氣囊。智能化塑料制品報道最多的是智能塑料線。報道最多的是智能塑料線。(8)(8)生物材料的仿生化、智能化生

17、物材料的仿生化、智能化科技的發(fā)展使得生物醫(yī)用材料得到了極大的發(fā)展，目前生物材科技的發(fā)展使得生物醫(yī)用材料得到了極大的發(fā)展，目前生物材料的仿生化、智能化成為其重要的發(fā)展方向。生命從本質(zhì)上講料的仿生化、智能化成為其重要的發(fā)展方向。生命從本質(zhì)上講源于聚合物，而生物大分子的特征是它們通源于聚合物，而生物大分子的特征是它們通- -斷或至少高度非線斷或至少高度非線性地響應(yīng)環(huán)境刺激。生物大分子的非線性響應(yīng)源于高度協(xié)同的性地響應(yīng)環(huán)境刺激。生物大分子的非線性響應(yīng)源于高度協(xié)同的相互作用。模擬生物大分子的協(xié)同相互作用，可賦予合成高分相互作用。模擬生物大分子的協(xié)同相互作用，可賦予合成高分子材料智能性。子材料智能性。2.

18、2 2.2 智能高分子材料研究內(nèi)容智能高分子材料研究內(nèi)容152021/3/22.3 2.3 智能高分子材料的潛在用途智能高分子材料的潛在用途 162021/3/23 3 智能高分子材料的應(yīng)用與發(fā)展智能高分子材料的應(yīng)用與發(fā)展日本松下公司制成的日本松下公司制成的智能電冰箱智能電冰箱裝有各種傳感器的微裝有各種傳感器的微芯片，能識別、存儲、記憶各種商品的電子標(biāo)簽和條芯片，能識別、存儲、記憶各種商品的電子標(biāo)簽和條形碼提供的信息，如生產(chǎn)日期，保質(zhì)期和數(shù)量等。形碼提供的信息，如生產(chǎn)日期，保質(zhì)期和數(shù)量等。172021/3/2美國科學(xué)家研制成功的一種美國科學(xué)家研制成功的一種智智能手杖能手杖，能幫助盲人避開障礙，

19、能幫助盲人避開障礙物。手杖附有超音波感應(yīng)器，物。手杖附有超音波感應(yīng)器，可與使用者背的袋子內(nèi)裝的導(dǎo)可與使用者背的袋子內(nèi)裝的導(dǎo)航系統(tǒng)合作。袋子的肩帶上會航系統(tǒng)合作。袋子的肩帶上會有一個喇叭，當(dāng)路上出現(xiàn)障礙有一個喇叭，當(dāng)路上出現(xiàn)障礙時它會警告使用者并告訴他該時它會警告使用者并告訴他該走哪里。而聽障者則可戴上一走哪里。而聽障者則可戴上一個特別的手套，會對不同的手個特別的手套，會對不同的手指發(fā)出振動，藉以提供方向指指發(fā)出振動，藉以提供方向指引。引。3 3 智能高分子材料的應(yīng)用與發(fā)展智能高分子材料的應(yīng)用與發(fā)展182021/3/2德國研制成功的德國研制成功的智能手槍智能手槍，手槍中內(nèi)置了電子芯片，手槍中內(nèi)置

20、了電子芯片，它需要跟一個手表搭配使用，而手表需要輸入它需要跟一個手表搭配使用，而手表需要輸入PINPIN密碼密碼才能啟動。當(dāng)帶著密碼的手表靠近手槍，槍柄上的燈才能啟動。當(dāng)帶著密碼的手表靠近手槍，槍柄上的燈變綠時，就可以開槍射擊。如果槍支開堂，手柄的燈變綠時，就可以開槍射擊。如果槍支開堂，手柄的燈就一直為紅。沒有手表，手柄的上燈就不會變綠，手就一直為紅。沒有手表，手柄的上燈就不會變綠，手槍也就會槍也就會“失效失效”。3 3 智能高分子材料的應(yīng)用與發(fā)展智能高分子材料的應(yīng)用與發(fā)展192021/3/2智能電話智能電話不用撥號，只需報出對方電話號碼或姓名就不用撥號，只需報出對方電話號碼或姓名就能接通，以

21、及能為使用不同語言的通話者擔(dān)任能接通，以及能為使用不同語言的通話者擔(dān)任 “ “翻翻譯譯”。3 3 智能高分子材料的應(yīng)用與發(fā)展智能高分子材料的應(yīng)用與發(fā)展202021/3/2日本推出日本推出HitoeHitoe納米纖維材質(zhì)的納米纖維材質(zhì)的智能服裝智能服裝。織物采用。織物采用TorayToray開發(fā)的涂有傳感材料的納米纖維，通過黏在上開發(fā)的涂有傳感材料的納米纖維，通過黏在上面的貼片來檢測穿著者的血壓、心率，并且能無縫將面的貼片來檢測穿著者的血壓、心率，并且能無縫將數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C上。數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C上。3 3 智能高分子材料的應(yīng)用與發(fā)展智能高分子材料的應(yīng)用與發(fā)展212021/3/2美國研制的新型美國研制

22、的新型智能防護衣智能防護衣，它在被劃破之后，它在被劃破之后，會自動發(fā)出報警信號，可以更好地保障在放射性會自動發(fā)出報警信號，可以更好地保障在放射性、有毒環(huán)境中工作人員的安全。、有毒環(huán)境中工作人員的安全。3 3 智能高分子材料的應(yīng)用與發(fā)展智能高分子材料的應(yīng)用與發(fā)展222021/3/2智能戰(zhàn)衣智能戰(zhàn)衣編織進了光纖網(wǎng)絡(luò)和導(dǎo)電聚合物網(wǎng)絡(luò)，并有監(jiān)察士兵身編織進了光纖網(wǎng)絡(luò)和導(dǎo)電聚合物網(wǎng)絡(luò)，并有監(jiān)察士兵身體狀況的微型測量系統(tǒng)，在肚臍位置有拾音器，腰部有微型無線體狀況的微型測量系統(tǒng)，在肚臍位置有拾音器，腰部有微型無線電收發(fā)芯片。當(dāng)士兵受傷時，傷處的光纖和導(dǎo)電纖維被切斷，顯電收發(fā)芯片。當(dāng)士兵受傷時，傷處的光纖和導(dǎo)

23、電纖維被切斷，顯示出受傷部位，拾音器則分析受打擊聲音信號，判斷是刀傷還是示出受傷部位，拾音器則分析受打擊聲音信號，判斷是刀傷還是槍傷。這些信息傳到救護中心后，醫(yī)護人員向智能內(nèi)衣發(fā)出詢問槍傷。這些信息傳到救護中心后，醫(yī)護人員向智能內(nèi)衣發(fā)出詢問信號，內(nèi)衣利用光纖網(wǎng)絡(luò)測量流出血液的光譜，探知血中含氧量信號，內(nèi)衣利用光纖網(wǎng)絡(luò)測量流出血液的光譜，探知血中含氧量，診斷是否心臟或動脈出血，通過壓力傳感器，還可判明傷員是，診斷是否心臟或動脈出血，通過壓力傳感器，還可判明傷員是否出血，這樣，當(dāng)救護人員接到傷員時，無需再詳細(xì)檢查，便否出血，這樣，當(dāng)救護人員接到傷員時，無需再詳細(xì)檢查，便可直接有目的地展開搶救?？芍?/p>

24、接有目的地展開搶救。3 3 智能高分子材料的應(yīng)用與發(fā)展智能高分子材料的應(yīng)用與發(fā)展232021/3/2美國科學(xué)家將對眼睛友好的透明材料同微電子結(jié)合美國科學(xué)家將對眼睛友好的透明材料同微電子結(jié)合在一起，研制出了一種新式在一起，研制出了一種新式智能隱形眼鏡智能隱形眼鏡，該眼鏡，該眼鏡可監(jiān)測罹患糖尿病的佩戴者血糖濃度。可監(jiān)測罹患糖尿病的佩戴者血糖濃度。3 3 智能高分子材料的應(yīng)用與發(fā)展智能高分子材料的應(yīng)用與發(fā)展242021/3/2新加坡研究人員發(fā)明一款智能玻璃窗，它是將一種透新加坡研究人員發(fā)明一款智能玻璃窗，它是將一種透明導(dǎo)電薄膜夾在兩層玻璃之間，通電后導(dǎo)電薄膜發(fā)揮明導(dǎo)電薄膜夾在兩層玻璃之間，通電后導(dǎo)電

25、薄膜發(fā)揮作用。陽光強時呈藍(lán)色，作用。陽光強時呈藍(lán)色，20%20%光線通過，光線通過，95%95%的熱輻射的熱輻射被反射回去；光線弱時，被反射回去；光線弱時，100%100%光線通過。用這種玻璃光線通過。用這種玻璃制作的窗戶在白天可以轉(zhuǎn)變成藍(lán)色，減少透光程度，制作的窗戶在白天可以轉(zhuǎn)變成藍(lán)色，減少透光程度，在晚上則可以恢復(fù)透明狀態(tài)。在晚上則可以恢復(fù)透明狀態(tài)。3 3 智能高分子材料的應(yīng)用與發(fā)展智能高分子材料的應(yīng)用與發(fā)展252021/3/2智能材料將使智能材料將使飛機飛機形狀大為改觀，未來飛機將會有形狀大為改觀，未來飛機將會有 “ “自動適自動適應(yīng)應(yīng)”的翼面。這種智能外殼將使機翼能在飛行中的翼面。這種

26、智能外殼將使機翼能在飛行中自動改變形狀自動改變形狀。這種。這種 “ “自動適應(yīng)自動適應(yīng)”的智能翼面將改變傳統(tǒng)機翼一成不變、的智能翼面將改變傳統(tǒng)機翼一成不變、缺乏靈活的結(jié)構(gòu)，使未來的飛機向能夠進行各種機動靈活動作缺乏靈活的結(jié)構(gòu)，使未來的飛機向能夠進行各種機動靈活動作的理想目標(biāo)邁進。這種靠智能材料全副武裝的飛機將更像鳥類的理想目標(biāo)邁進。這種靠智能材料全副武裝的飛機將更像鳥類，能靈活自如地在藍(lán)天上自動飛翔。，能靈活自如地在藍(lán)天上自動飛翔。3 3 智能高分子材料的應(yīng)用與發(fā)展智能高分子材料的應(yīng)用與發(fā)展262021/3/2從高分子化學(xué)的角度：從高分子化學(xué)的角度：體型縮聚反應(yīng)進行到一定程度，反應(yīng)體體型縮聚反

27、應(yīng)進行到一定程度，反應(yīng)體系的粘度突然增加，并且出現(xiàn)系的粘度突然增加，并且出現(xiàn)具有彈性的凝膠具有彈性的凝膠，這種現(xiàn)象稱作，這種現(xiàn)象稱作凝膠化，此時，體系中包含兩部分，一部分是凝膠，凝膠化，此時，體系中包含兩部分，一部分是凝膠，是巨型網(wǎng)是巨型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不溶于一切溶劑；另一部分是溶膠，其分子量較小，不溶于一切溶劑；另一部分是溶膠，其分子量較小，被籠罩在凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。被籠罩在凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。從物理化學(xué)的角度：從物理化學(xué)的角度：凝膠是一種特殊的分散體系，其中膠體顆凝膠是一種特殊的分散體系，其中膠體顆?；蚋呔畚锓肿踊ハ嗦?lián)結(jié)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空隙粒或高聚物分子互相聯(lián)結(jié)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在

28、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空隙中充滿了液體（在干凝膠中的分散介質(zhì)也可以是氣體）。中充滿了液體（在干凝膠中的分散介質(zhì)也可以是氣體）。 凝膠是由三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高分子和充塞在高分子鏈段間隙凝膠是由三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高分子和充塞在高分子鏈段間隙中的介質(zhì)構(gòu)成，介質(zhì)可以是氣體，但中的介質(zhì)構(gòu)成，介質(zhì)可以是氣體，但一般情況下為液體一般情況下為液體，因此，因此可以將凝膠看作是可以將凝膠看作是高分子三維網(wǎng)絡(luò)包含了液體（溶劑）的膨潤高分子三維網(wǎng)絡(luò)包含了液體（溶劑）的膨潤體。體。272021/3/2 海參有一個特性：如果有誰用手去碰一下它柔軟的身體，海參有一個特性：如果有誰用手去碰一下它柔軟的身體，它就會一下變得象木頭一樣堅硬，但如果將

29、它在手中緊捏它就會一下變得象木頭一樣堅硬，但如果將它在手中緊捏一會，它就會慢慢地溶變成滑溜溜的液體從你手中逃走。一會，它就會慢慢地溶變成滑溜溜的液體從你手中逃走。282021/3/24.2 4.2 凝膠的性質(zhì)凝膠的性質(zhì)（1）觸變性觸變性：物理凝膠受外力作用，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞而變：物理凝膠受外力作用，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞而變成流體，外部作用停止后，又恢復(fù)成半固體凝膠結(jié)構(gòu)，這種成流體，外部作用停止后，又恢復(fù)成半固體凝膠結(jié)構(gòu)，這種凝膠與溶膠相互轉(zhuǎn)化的過程，稱為觸變性。凝膠與溶膠相互轉(zhuǎn)化的過程，稱為觸變性。（2）溶脹性溶脹性：指凝膠吸收流體后自身體積明顯增大的現(xiàn)象：指凝膠吸收流體后自身體積明顯增大的現(xiàn)象，是彈

30、性凝膠的重要特性。，是彈性凝膠的重要特性。（3）脫水收縮性脫水收縮性：溶脹的凝膠在低蒸氣壓下保存，流體緩：溶脹的凝膠在低蒸氣壓下保存，流體緩慢地自動從凝膠中分離出來的現(xiàn)象。慢地自動從凝膠中分離出來的現(xiàn)象。（4）透過性透過性：凝膠與流體性質(zhì)相似，可以作為擴散介質(zhì)。：凝膠與流體性質(zhì)相似，可以作為擴散介質(zhì)。292021/3/2 根據(jù)交聯(lián)方式的不同凝膠可以分為根據(jù)交聯(lián)方式的不同凝膠可以分為物理凝膠物理凝膠和和化學(xué)凝化學(xué)凝膠膠。物理凝膠通過氫鍵、庫侖力、配位鍵以及物理纏結(jié)形。物理凝膠通過氫鍵、庫侖力、配位鍵以及物理纏結(jié)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)凝膠通過共價鍵形成交聯(lián)。成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)凝膠通過共價鍵形成交聯(lián)。 根

31、據(jù)來源可分為根據(jù)來源可分為天然凝膠天然凝膠和和合成凝膠合成凝膠兩大類。天然凝兩大類。天然凝膠由生物體制備，例如瓊脂、魔芋、肌肉、蛋白質(zhì)；合成膠由生物體制備，例如瓊脂、魔芋、肌肉、蛋白質(zhì)；合成凝膠是通過人工合成的交聯(lián)的高分子，例如隱形眼鏡、高凝膠是通過人工合成的交聯(lián)的高分子，例如隱形眼鏡、高吸水性樹脂、芳香劑等。吸水性樹脂、芳香劑等。 根據(jù)凝膠尺寸可分為根據(jù)凝膠尺寸可分為微凝膠微凝膠和和宏觀凝膠宏觀凝膠。 依據(jù)介質(zhì)是液體還是氣體可分為依據(jù)介質(zhì)是液體還是氣體可分為凝膠凝膠和和干凝膠（氣凝干凝膠（氣凝膠），膠），液體又分為水和有機溶劑兩類。液體又分為水和有機溶劑兩類。以水為介質(zhì)的凝膠以水為介質(zhì)的凝膠

32、稱作水凝膠，以有機溶劑為介質(zhì)的凝膠稱作有機凝膠。稱作水凝膠，以有機溶劑為介質(zhì)的凝膠稱作有機凝膠。302021/3/24.4 4.4 凝膠的制備方法凝膠的制備方法Advanced Drug Delivery Reviews 64 (2012) 1823312021/3/24.4.1 4.4.1 化學(xué)凝膠的制備方法化學(xué)凝膠的制備方法- -聚合同時交聯(lián)法聚合同時交聯(lián)法 聚合法 項目 熱聚合 催化聚合 光聚合 輻照聚合 等離子體引發(fā)聚合 電解聚合 單體交聯(lián)劑 各種乙烯基化合物 各種乙烯基化合物 聚合物對光不穩(wěn)定時不能用 聚合物對輻射不穩(wěn)定時不能用 只限于幾種特異的乙烯基化合物 各種乙烯基化合物 添加劑

33、 可加引發(fā)劑 氧化還原引發(fā)劑 可加光敏劑 不需要 不需要 電解鹽 聚合溫度 常溫100 -10常溫 低溫 低溫 常溫 常溫 調(diào)節(jié)反應(yīng)的方法 選擇引發(fā)劑改變溫度 選擇引發(fā)劑改變溫度 選擇光敏劑，改變光強度 改變輻射計量 改變照射時間和溫度 改變電解或電流量 裝置及操作 簡單 簡單 特殊的光源，操作復(fù)雜 特殊的輻射源， 操作復(fù)雜 放電電源， 處理時間短 電解電源操作簡單 凝膠的性質(zhì) 不均勻均勻 均勻 均勻 均勻 均勻、 高吸水性， 吸附金屬性 不均勻， 膜狀 322021/3/24.4.2 4.4.2 化學(xué)凝膠的制備方法化學(xué)凝膠的制備方法- -先聚合后交聯(lián)法先聚合后交聯(lián)法高分子鏈化學(xué)結(jié)構(gòu)和相應(yīng)交聯(lián)

34、劑高分子鏈化學(xué)結(jié)構(gòu)和相應(yīng)交聯(lián)劑直鏈高分子 可進行反應(yīng)的官能團 適用的交聯(lián)劑 聚丙烯酸 聚甲基丙烯酸 聚谷氨酸 COOH 聚乙二醇 甘油，乙二胺 二嗡鹽等 聚乙烯醇 聚甲基丙烯-2-羥乙酯 透明質(zhì)酸 淀粉 OH 戊二醛 戊二酸 N,N-雙（羥甲基）尿素 乙二醇，二環(huán)氧甘油醚 聚烯丙胺 聚乙烯亞胺 聚賴氨酸 膠原 NH2 NHR 乙二醇 二環(huán)氧甘油醚 二溴乙己烷 二碘乙烷 聚乙烯吡啶 聚 N-乙烯基咪唑 NRR 乙二醇 二環(huán)氧甘油醚 二溴乙己烷 二碘乙烷 332021/3/2化學(xué)凝膠的制備方法圖示化學(xué)凝膠的制備方法圖示Advanced Drug Delivery Reviews 64 (2012)

35、 1823342021/3/2動態(tài)化學(xué)鍵水凝膠動態(tài)化學(xué)鍵水凝膠-亞胺鍵亞胺鍵Biomacromolecules 2011, 12, 2894 2901352021/3/2動態(tài)化學(xué)鍵水凝膠動態(tài)化學(xué)鍵水凝膠-DA反應(yīng)反應(yīng)Macromol. Rapid Commun. 2013, 34, 14641470362021/3/2動態(tài)化學(xué)鍵水凝膠動態(tài)化學(xué)鍵水凝膠-酰腙鍵酰腙鍵Macromolecules 2010, 43, 11911194372021/3/2Macromolecules 2010, 43, 11911194382021/3/2互穿網(wǎng)絡(luò)型水凝膠互穿網(wǎng)絡(luò)型水凝膠( interpenetrat

36、ing polymer network, IPN) 由兩種或兩種以上由兩種或兩種以上聚合物通過網(wǎng)絡(luò)互穿纏結(jié)而形成聚合物通過網(wǎng)絡(luò)互穿纏結(jié)而形成的一類獨特的聚合物。的一類獨特的聚合物。 IPN特有的強迫作用能使兩種性能差異很大或具有不同功能的聚合物形成穩(wěn)定特有的強迫作用能使兩種性能差異很大或具有不同功能的聚合物形成穩(wěn)定的結(jié)合，從而實現(xiàn)組分之間性能的互補。同時的結(jié)合，從而實現(xiàn)組分之間性能的互補。同時IPN的特殊細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)、界面互的特殊細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)、界面互穿、雙相連續(xù)等結(jié)構(gòu)形態(tài)特征，又使得它們在性能或功能上產(chǎn)生特殊的協(xié)同穿、雙相連續(xù)等結(jié)構(gòu)形態(tài)特征，又使得它們在性能或功能上產(chǎn)生特殊的協(xié)同作用，防止相分離，

37、并極大地提高了水凝膠的機械強度，并可以提高它的響作用，防止相分離，并極大地提高了水凝膠的機械強度，并可以提高它的響應(yīng)性。應(yīng)性。392021/3/2AMPS（丙烯酞胺）聚合形成交聯(lián)的（丙烯酞胺）聚合形成交聯(lián)的pAMPS第一網(wǎng)絡(luò)，然后在第一網(wǎng)絡(luò)，然后在AAm（丙烯酸）溶液里溶脹后通過二次聚合形成線性的（丙烯酸）溶液里溶脹后通過二次聚合形成線性的pAAm第二第二網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)。402021/3/24.5 4.5 物理凝膠的制備方法物理凝膠的制備方法（1 1）由氫鍵形成的交聯(lián)）由氫鍵形成的交聯(lián)-反復(fù)的冷凍反復(fù)的冷凍-解凍法解凍法（2 2）通過靜電作用交聯(lián)）通過靜電作用交聯(lián)（3 3）通過配位鍵交聯(lián)）通過配位

38、鍵交聯(lián)（4 4）通過范德華力形成的交聯(lián)）通過范德華力形成的交聯(lián)（5 5）其他的交聯(lián)）其他的交聯(lián) 其他的交聯(lián)還有通過分子間纏結(jié)、異常黏性形其他的交聯(lián)還有通過分子間纏結(jié)、異常黏性形成的凝膠和由本體聚合引起的高分子互穿網(wǎng)絡(luò)（成的凝膠和由本體聚合引起的高分子互穿網(wǎng)絡(luò)（IPNIPN）等。）等。412021/3/2 hydrogel based on hydrogen bondPolymer 47 (2006) 15261532The semi-IPN hydrogel had excellent pH-sensitivity in the range of pH from 2.25 to 4.00. 4

39、22021/3/2 hydrogel based on hydrogen bondPolymer 47 (2006) 15261532432021/3/2 Inclusion Complexation hydrogel J. Phys. Chem. B 2006, 110, 12225-12229442021/3/2J. Phys. Chem. B 2006, 110, 12225-12229 Inclusion Complexation hydrogel 452021/3/2Oligomeric electrolyte hydrogelJ. AM. CHEM. SOC. 2007, 129,

40、 11039 - 11041462021/3/2靜電相互作用交聯(lián)水凝膠靜電相互作用交聯(lián)水凝膠472021/3/25.1 5.1 智能高分子凝膠智能高分子凝膠 智能高分子凝膠是指凝膠的體積、結(jié)構(gòu)和粘彈性等性質(zhì)隨智能高分子凝膠是指凝膠的體積、結(jié)構(gòu)和粘彈性等性質(zhì)隨外界條件如溫度、溶劑組成、外界條件如溫度、溶劑組成、pHpH值、電場、磁場、光等的變化值、電場、磁場、光等的變化產(chǎn)生可逆的、不連續(xù)（或連續(xù)）變化的高分子凝膠產(chǎn)生可逆的、不連續(xù)（或連續(xù)）變化的高分子凝膠。這些凝膠。這些凝膠可以通過改變外界條件來影響其溶脹、伸縮和粘彈性能，從而可以通過改變外界條件來影響其溶脹、伸縮和粘彈性能，從而使凝膠對外界刺

41、激產(chǎn)生靈敏的響應(yīng)，表現(xiàn)出智能使凝膠對外界刺激產(chǎn)生靈敏的響應(yīng)，表現(xiàn)出智能。 智能高分子凝膠因為其獨特的性質(zhì)已經(jīng)發(fā)展成為一種重要智能高分子凝膠因為其獨特的性質(zhì)已經(jīng)發(fā)展成為一種重要的功能材料。對于智能高分子凝膠的研究和應(yīng)用正在蓬勃發(fā)展的功能材料。對于智能高分子凝膠的研究和應(yīng)用正在蓬勃發(fā)展。在諸多智能高分子凝膠中研究得最多的是。在諸多智能高分子凝膠中研究得最多的是溫度敏感性凝膠溫度敏感性凝膠、pHpH敏感性凝膠敏感性凝膠和和電場敏感性凝膠電場敏感性凝膠。482021/3/25.2 5.2 智能高分子凝膠分類智能高分子凝膠分類單一響應(yīng)單一響應(yīng)智能凝膠智能凝膠多重響應(yīng)多重響應(yīng)智能凝膠智能凝膠溫敏性凝膠溫敏

42、性凝膠pHpH敏感性凝膠敏感性凝膠電場敏感性凝膠電場敏感性凝膠光敏感性凝膠光敏感性凝膠壓敏凝膠壓敏凝膠磁場敏感性凝膠磁場敏感性凝膠溫度、溫度、pHpH值敏感凝膠值敏感凝膠熱、光敏感凝膠熱、光敏感凝膠pHpH值、光敏感凝膠值、光敏感凝膠磁性、熱敏凝膠等磁性、熱敏凝膠等智能凝膠智能凝膠492021/3/2DDT Vol. 7, No. 10 May 2002502021/3/25.2.1 5.2.1 溫度敏感性凝膠溫度敏感性凝膠 溫度敏感性凝膠對溫度的響應(yīng)機理主要是在不同的溫度下，溫度敏感性凝膠對溫度的響應(yīng)機理主要是在不同的溫度下，凝膠顯示出對溶劑不同的親和性，從而導(dǎo)致凝膠在某個溫度下產(chǎn)凝膠顯示出

43、對溶劑不同的親和性，從而導(dǎo)致凝膠在某個溫度下產(chǎn)生體積相變或者凝膠生體積相變或者凝膠- -溶膠轉(zhuǎn)變。溶膠轉(zhuǎn)變。即當(dāng)周圍環(huán)境溫度發(fā)生變化時，即當(dāng)周圍環(huán)境溫度發(fā)生變化時，凝膠自身的性質(zhì)隨之改變。凝膠自身的性質(zhì)隨之改變。 目前研究較多的是隨溫度變化而發(fā)生目前研究較多的是隨溫度變化而發(fā)生體積相轉(zhuǎn)變的凝膠。體積相轉(zhuǎn)變的凝膠。European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 58 (2004) 409426512021/3/2當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生微小變化時，凝膠體積會隨之發(fā)生數(shù)倍或當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生微小變化時，凝膠體積會隨之發(fā)生數(shù)倍或數(shù)十倍的變化，當(dāng)達(dá)到并超

44、過某臨界區(qū)域時，甚至?xí)l(fā)生數(shù)十倍的變化，當(dāng)達(dá)到并超過某臨界區(qū)域時，甚至?xí)l(fā)生不連續(xù)的突躍性變化，即所謂不連續(xù)的突躍性變化，即所謂體積相轉(zhuǎn)變體積相轉(zhuǎn)變。這種凝膠具有。這種凝膠具有一定比例的疏水和親水基團，溫度的變化可影響這些基團一定比例的疏水和親水基團，溫度的變化可影響這些基團的疏水作用以及大分子鏈間的氫鍵作用，從而使凝膠結(jié)構(gòu)的疏水作用以及大分子鏈間的氫鍵作用，從而使凝膠結(jié)構(gòu)改變，發(fā)生體積相變。我們將該溫度稱為改變，發(fā)生體積相變。我們將該溫度稱為相變溫度相變溫度。體積體積發(fā)生變化的臨界轉(zhuǎn)化溫度稱為低溫臨界溶解溫度（發(fā)生變化的臨界轉(zhuǎn)化溫度稱為低溫臨界溶解溫度（LCSTLCST）。體積相轉(zhuǎn)變溫敏凝膠

45、體積相轉(zhuǎn)變溫敏凝膠對溫度變化的響應(yīng)有兩種類型：一種是在溫度低于對溫度變化的響應(yīng)有兩種類型：一種是在溫度低于 LCSTLCST時呈收縮狀態(tài)，當(dāng)溫度升高超過時呈收縮狀態(tài)，當(dāng)溫度升高超過LCSTLCST時則處于膨脹狀態(tài)，時則處于膨脹狀態(tài)，這種溫敏凝膠被稱為這種溫敏凝膠被稱為熱脹溫敏凝膠熱脹溫敏凝膠。另一種與之相反，在。另一種與之相反，在溫度高于溫度高于LCSTLCST時呈收縮狀態(tài)，被稱為時呈收縮狀態(tài)，被稱為熱縮溫敏凝膠熱縮溫敏凝膠。522021/3/2熱脹溫敏凝膠熱脹溫敏凝膠p(AAm-co-DMAAM)p(AAm-co-DMAAM)與與pAAcpAAc的互穿網(wǎng)絡(luò)凝膠形成熱脹溫敏水凝膠。的互穿網(wǎng)絡(luò)凝

46、膠形成熱脹溫敏水凝膠。Macromolecules, 1994, 27 (4), pp 947952532021/3/2具有高溫溶脹、低溫收縮的溫度響應(yīng)行為。溫度響應(yīng)與凝膠網(wǎng)絡(luò)中氫鍵的具有高溫溶脹、低溫收縮的溫度響應(yīng)行為。溫度響應(yīng)與凝膠網(wǎng)絡(luò)中氫鍵的形成和離解有關(guān)，溫度升高，氫鍵斷裂使凝膠網(wǎng)絡(luò)疏松，凝膠溶脹；溫度形成和離解有關(guān)，溫度升高，氫鍵斷裂使凝膠網(wǎng)絡(luò)疏松，凝膠溶脹；溫度下降，氫鍵再次形成，凝膠收縮。下降，氫鍵再次形成，凝膠收縮。Macromolecules, 1994, 27 (4), pp 947952542021/3/2熱縮溫敏凝膠熱縮溫敏凝膠(1)(1)非離子型熱縮溫敏凝膠非離子型熱

47、縮溫敏凝膠(2)(2)離子型熱縮溫敏水凝膠離子型熱縮溫敏水凝膠熱縮溫敏凝膠大致分為兩類：熱縮溫敏凝膠大致分為兩類：552021/3/2非離子型熱縮溫敏凝膠非離子型熱縮溫敏凝膠 聚異丙基丙烯酰胺（聚異丙基丙烯酰胺（pNIPAMpNIPAM）水凝膠是水凝膠是最典型最典型的非離子型熱縮溫敏凝膠的非離子型熱縮溫敏凝膠。它能響應(yīng)溫度變化而發(fā)。它能響應(yīng)溫度變化而發(fā)生形變，生形變，呈現(xiàn)低臨界溶解呈現(xiàn)低臨界溶解溫度溫度( (LCST)LCST)和溫度依賴特和溫度依賴特性，它低于性，它低于32 32 時在水時在水溶液中溶脹，分子鏈呈擴溶液中溶脹，分子鏈呈擴展構(gòu)象；而在展構(gòu)象；而在32 32 以上以上凝膠發(fā)生急劇

48、的脫水合作凝膠發(fā)生急劇的脫水合作用，由于疏水基團的相互用，由于疏水基團的相互吸引作用，鏈構(gòu)象收縮而吸引作用，鏈構(gòu)象收縮而呈現(xiàn)脫溶脹現(xiàn)象。呈現(xiàn)脫溶脹現(xiàn)象。J Mater Sci (2015) 50:49144925562021/3/2離子型熱縮溫敏凝膠離子型熱縮溫敏凝膠陰離子型熱縮溫敏水凝膠：陰離子型熱縮溫敏水凝膠：常見的是將含陰離子常見的是將含陰離子的單體與的單體與NIPAMNIPAM共聚合成水凝膠。共聚合成水凝膠。 NIPAMNIPAM與丙烯酸鈉的交聯(lián)與丙烯酸鈉的交聯(lián)共聚體是比較典型的例子。共聚體是比較典型的例子。陽離子型熱縮溫敏水凝膠：陽離子型熱縮溫敏水凝膠：例如用甲基丙烯酸例如用甲基丙烯

49、酸(2-(2-二乙氨基二乙氨基) )乙酯與乙酯與NIPAMNIPAM共聚制得的熱縮溫敏水凝膠、含共聚制得的熱縮溫敏水凝膠、含有乙烯基吡啶鹽的陽離子溫敏水凝膠有乙烯基吡啶鹽的陽離子溫敏水凝膠兩性熱縮溫敏水凝膠兩性熱縮溫敏水凝膠: :共聚單體由含陰陽兩種離子單共聚單體由含陰陽兩種離子單體組成。例如：由體組成。例如：由 NIPAMNIPAM、乙烯基苯磺酸鈉及甲基丙烯酰乙烯基苯磺酸鈉及甲基丙烯?；谆然@共聚制得的水凝膠基三甲基氯化銨共聚制得的水凝膠572021/3/2Reactive & Functional Polymers 67 (2007) 844858NIPAM與丙與丙烯酸鈉的交

50、烯酸鈉的交聯(lián)水凝膠聯(lián)水凝膠582021/3/2熱縮型水凝膠溶脹率隨溫度變化熱縮型水凝膠溶脹率隨溫度變化592021/3/25.2.2 pH5.2.2 pH敏感性凝膠敏感性凝膠 pH pH敏感性凝膠一般是聚電解質(zhì)凝膠，其敏感性凝膠一般是聚電解質(zhì)凝膠，其分子中分子中的基團隨環(huán)境的基團隨環(huán)境pHpH的變化顯示出不同的解離程度，從的變化顯示出不同的解離程度，從而顯示出不同的親水性能，凝膠也就表現(xiàn)出溶脹和而顯示出不同的親水性能，凝膠也就表現(xiàn)出溶脹和收縮收縮。由于。由于pHpH敏感性凝膠對外界敏感性凝膠對外界pHpH變化的特殊響應(yīng)變化的特殊響應(yīng)，使該類凝膠在很多領(lǐng)域都有研究和應(yīng)用。，使該類凝膠在很多領(lǐng)域都

51、有研究和應(yīng)用。pHpH敏感敏感性凝膠的應(yīng)用研究主要集中在性凝膠的應(yīng)用研究主要集中在藥物傳遞和控釋藥物傳遞和控釋，膜膜分離和水凈化分離和水凈化，傳感器傳感器等領(lǐng)域。等領(lǐng)域。 pHpH敏感性凝膠中一般敏感性凝膠中一般含有羥基或胺基，如：含有羥基或胺基，如：聚丙烯聚丙烯酸酸 (PAA), (PAA), 聚甲基丙烯酸聚甲基丙烯酸 , , 二乙基胺基乙基甲基二乙基胺基乙基甲基丙烯酸酯丙烯酸酯等。等。602021/3/2DDT Vol. 7, No. 10 May 2002612021/3/2Chem. Commun., 2011, 47 , 74977499622021/3/2pHpH敏感性凝膠溶脹度對

52、敏感性凝膠溶脹度對pHpH變化的響應(yīng)變化的響應(yīng)632021/3/2 5.2.3 5.2.3 電場敏感性凝膠電場敏感性凝膠電場敏感水凝膠是一類在電刺激下可以電場敏感水凝膠是一類在電刺激下可以溶脹、收縮或彎溶脹、收縮或彎曲曲的智能性水凝膠的智能性水凝膠, , 其主要特點是可以將其主要特點是可以將電能轉(zhuǎn)化為機電能轉(zhuǎn)化為機械能械能. . 電場敏感水凝膠一般電場敏感水凝膠一般由聚電解質(zhì)構(gòu)成由聚電解質(zhì)構(gòu)成, , 其響應(yīng)性其響應(yīng)性是由于溶液中自由離子在直流電場下的定向移動是由于溶液中自由離子在直流電場下的定向移動, , 從而從而造成凝膠內(nèi)外離子濃度不均勻造成凝膠內(nèi)外離子濃度不均勻, , 產(chǎn)生滲透壓變化而引起

53、產(chǎn)生滲透壓變化而引起凝膠變形凝膠變形. . 將這種水凝膠置于電解質(zhì)溶液中將這種水凝膠置于電解質(zhì)溶液中, , 在電場刺在電場刺激下激下, , 凝膠會發(fā)生體積或形狀變化凝膠會發(fā)生體積或形狀變化, , 實現(xiàn)由電能到機械實現(xiàn)由電能到機械能的轉(zhuǎn)化能的轉(zhuǎn)化, , 因此可以將其作為能量轉(zhuǎn)換裝置應(yīng)用于機器因此可以將其作為能量轉(zhuǎn)換裝置應(yīng)用于機器人、傳感器、可控藥物釋放和人工肌肉等領(lǐng)域人、傳感器、可控藥物釋放和人工肌肉等領(lǐng)域. . 642021/3/2652021/3/266水凝膠在電場下彎曲水凝膠在電場下彎曲2021/3/2聚（聚（ 2-丙烯酰胺丙烯酰胺-2-異丁基異丁基磺酸）（磺酸）（PAMPS）人工爬蟲人工

54、爬蟲(gel looper)672021/3/2軟骨素硫酸鹽凝膠中胰島素在電場刺激下的釋放情況軟骨素硫酸鹽凝膠中胰島素在電場刺激下的釋放情況682021/3/2 電場敏感性凝膠作為仿生制電場敏感性凝膠作為仿生制動器主要是運用了其在電場作動器主要是運用了其在電場作用下的變形作用。研究人員用用下的變形作用。研究人員用電場敏感性凝膠制作了機器手電場敏感性凝膠制作了機器手，凝膠魚，凝膠爬蟲等多種仿，凝膠魚，凝膠爬蟲等多種仿生制動器。生制動器。右圖顯示的是右圖顯示的是Tohru ShigaTohru Shiga等研等研究制作的用究制作的用PVA-PAAPVA-PAA做成的凝膠做成的凝膠機器手，它可以在機

55、器手，它可以在10mmol/L10mmol/L的的NaNa2 2COCO3 3水溶液中，通過電信號使水溶液中，通過電信號使凝膠觸指彎曲，可不損傷地抓凝膠觸指彎曲，可不損傷地抓起起10g10g重的鵪鶉蛋，加相反的電重的鵪鶉蛋，加相反的電壓，則觸指張開，放下蛋。壓，則觸指張開，放下蛋。仿生制動器仿生制動器692021/3/2凝膠魚凝膠魚702021/3/2凝膠海星凝膠海星712021/3/2COO- COO -COO -COO - -+Ca2+Ca 2+ Artificial MuscleRelaxedContractedNa+Na+2Na+ CH2CH n COONa人工肌肉人工肌肉722021

56、/3/25.2.4 5.2.4 光敏感性凝膠光敏感性凝膠光敏感性凝膠是近年來光感應(yīng)高分子材料中的又一新光敏感性凝膠是近年來光感應(yīng)高分子材料中的又一新興分支興分支, ,是一類在光作用下能迅速發(fā)生化學(xué)或物理變是一類在光作用下能迅速發(fā)生化學(xué)或物理變化而作出響應(yīng)的智能型高分子材料?；鞒鲰憫?yīng)的智能型高分子材料。光敏感性高分子凝膠是光敏感性高分子凝膠是由于光輻射由于光輻射( (光刺激光刺激) )而發(fā)生體而發(fā)生體積相轉(zhuǎn)變積相轉(zhuǎn)變。如在紫外光輻射時。如在紫外光輻射時, ,凝膠網(wǎng)絡(luò)中的光敏感凝膠網(wǎng)絡(luò)中的光敏感基團發(fā)生光異構(gòu)化、光解離基團發(fā)生光異構(gòu)化、光解離, ,因基團構(gòu)象和偶極距的因基團構(gòu)象和偶極距的變化可

57、使變化可使凝膠發(fā)生溶脹凝膠發(fā)生溶脹。732021/3/2光敏感性凝膠凝膠的響應(yīng)機理光敏感性凝膠凝膠的響應(yīng)機理光敏感性凝膠的最大特點是響應(yīng)過程具有光敏感性凝膠的最大特點是響應(yīng)過程具有可逆性可逆性, ,離開光的作用凝膠會恢復(fù)到原來的狀態(tài)。離開光的作用凝膠會恢復(fù)到原來的狀態(tài)。（1 1）將感光性化合物添加入高分子凝膠中）將感光性化合物添加入高分子凝膠中凝膠材料中含有感光性物質(zhì)凝膠材料中含有感光性物質(zhì), ,感光物質(zhì)吸收光能后感光物質(zhì)吸收光能后導(dǎo)致材料溫度、電場等環(huán)境因素發(fā)生改變導(dǎo)致材料溫度、電場等環(huán)境因素發(fā)生改變, ,進而對進而對某一環(huán)境因素作出響應(yīng)性。常用的感光性化合物某一環(huán)境因素作出響應(yīng)性。常用的感

58、光性化合物有有葉綠酸、重鉻酸鹽類、芳香族疊氮化合物與重葉綠酸、重鉻酸鹽類、芳香族疊氮化合物與重氮化合物、芳香族硝基化合物和有機鹵素化合物氮化合物、芳香族硝基化合物和有機鹵素化合物等。等。742021/3/2（2 2）在高分子的主鏈或側(cè)鏈引入感光基團）在高分子的主鏈或側(cè)鏈引入感光基團凝膠分子鏈上含有感光基團后凝膠分子鏈上含有感光基團后, ,感光基團一旦吸收了光感光基團一旦吸收了光, ,在相應(yīng)波在相應(yīng)波長光能作用下就會引起電子躍遷而成為激發(fā)態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的分長光能作用下就會引起電子躍遷而成為激發(fā)態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的分子通過分子內(nèi)或分子間的能量轉(zhuǎn)移發(fā)生子通過分子內(nèi)或分子間的能量轉(zhuǎn)移發(fā)生異構(gòu)化作用異構(gòu)化作

59、用, ,引起分子構(gòu)引起分子構(gòu)型的變化型的變化, ,促使材料內(nèi)部發(fā)生某些物理或化學(xué)性質(zhì)的改變促使材料內(nèi)部發(fā)生某些物理或化學(xué)性質(zhì)的改變, ,進而產(chǎn)進而產(chǎn)生一定的響應(yīng)性。感光基團有：生一定的響應(yīng)性。感光基團有：光二聚型感光基團光二聚型感光基團( (如肉桂酸醋如肉桂酸醋基基) )、重氮或疊氮感光基團重氮或疊氮感光基團( (如鄰偶氮醒磺酸基如鄰偶氮醒磺酸基) )、丙烯酸醋基團丙烯酸醋基團以及其他具有特種功能的感光基團以及其他具有特種功能的感光基團( (如具有光色性、光催化性和如具有光色性、光催化性和光導(dǎo)電性基團等光導(dǎo)電性基團等) )752021/3/2光敏感性水凝膠用于細(xì)胞培養(yǎng)光敏感性水凝膠用于細(xì)胞培養(yǎng)

60、細(xì)胞細(xì)胞光照光照高分子高分子高分子網(wǎng)絡(luò)高分子網(wǎng)絡(luò)普通媒介普通媒介水凝膠水凝膠聚合聚合762021/3/25.2.5 5.2.5 壓敏性凝膠壓敏性凝膠 壓敏性凝膠也稱為壓敏性凝膠也稱為觸變膠觸變膠，可看作是凝膠和溶膠，可看作是凝膠和溶膠的等溫互變體系。其特點是：在不施加剪切或壓力作的等溫互變體系。其特點是：在不施加剪切或壓力作用時呈現(xiàn)凝膠態(tài)，不能流動；當(dāng)施加剪切或用壓力擠用時呈現(xiàn)凝膠態(tài)，不能流動；當(dāng)施加剪切或用壓力擠壓時凝膠就變成可以流動的液體。壓時凝膠就變成可以流動的液體。 一般壓力敏感性凝膠網(wǎng)絡(luò)間沒有化學(xué)鍵存在，只一般壓力敏感性凝膠網(wǎng)絡(luò)間沒有化學(xué)鍵存在，只存在物理交聯(lián)作用。常用的制備方法有反復(fù)冷凍解