智能高分子材料

1、智能高分子智能高分子 秦秦鹏鹏 胡胡书书厚厚 刘刘盛松盛松 齐齐耀耀辉辉 智能材料智能材料智能高分子材料智能高分子材料智能无机非金属材料智能无机非金属材料智能金属材料智能金属材料多水平结构层次多水平结构层次较弱的分子间作用力较弱的分子间作用力侧链易引入官能团侧链易引入官能团便于分子设计和精细控制便于分子设计和精细控制质轻易涂覆质轻易涂覆利于感知判利于感知判断环境实现断环境实现环境响应环境响应 智能材料与普通材料的区别智能材料与普通材料的区别智能材料特征智能材料特征v传感功能v反馈功能v信息识别与积累功能v响应功能v自诊断能力v自修复能力v自调节能力 智能高分子概念智能高分子概念 指集感知、驱动

2、和信息处理于一体，形成类似生物材料那样具有智能属性的高分子材料，具有自诊自诊断、自适应、自修复和寿命预报以及靠自身驱动完断、自适应、自修复和寿命预报以及靠自身驱动完成特定功能成特定功能（如振动控制）的能力。外界环境变化外界环境变化瞬时主动响应瞬时主动响应 智能高分子智能高分子v构思；源于仿生v目标；获得类似人的各种功能的“活”材料，使材料系统微结构中集成智能与生命特征，达到减小质量，降低能耗，并产生自适应功能。 智能高分子材料的一般分类及应用下面简要的介绍三种智能高分子材料：下面简要的介绍三种智能高分子材料：智能高分子膜智能高分子膜记忆功能高分子材料记忆功能高分子材料智能高分子凝胶智能高分子凝

3、胶 智能高分子膜智能高分子膜 分离膜是指能以特定形式限制和传递流体物质的分离膜是指能以特定形式限制和传递流体物质的分隔两相或两部分的界面。分隔两相或两部分的界面。筛分筛分 过滤过滤 蒸馏蒸馏蒸发蒸发 重结晶重结晶 萃取萃取 离心离心 分离分离分子尺寸的分离分子尺寸的分离生物体组分的分离生物体组分的分离常用的化工分离常用的化工分离高分子膜分离高分子膜分离 智能高分子膜的分类智能高分子膜的分类 1 1）按膜的材料分类）按膜的材料分类2 2）按膜的分离原理及适用范围分类）按膜的分离原理及适用范围分类 根据分离膜的分离原理和推动力的不同，可将根据分离膜的分离原理和推动力的不同，可将其分为微孔其分为微孔

4、 膜、超过滤膜、反渗透膜、纳滤膜、膜、超过滤膜、反渗透膜、纳滤膜、渗析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等渗析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等。3 3）按膜断面的物理形态分类）按膜断面的物理形态分类 根据分离膜断面的物理形态不同，可将其分为根据分离膜断面的物理形态不同，可将其分为对称膜，不对称膜、复合膜、平板膜、管式膜、中对称膜，不对称膜、复合膜、平板膜、管式膜、中空纤维膜等。空纤维膜等。4 4）按功能分类）按功能分类 日本著名高分子学者日本著名高分子学者清水刚夫清水刚夫将膜按功能分为：将膜按功能分为：l 分离功能膜分离功能膜 气体气体/ /液体分离膜、离子交换膜、化学功能膜液体分离膜、离子交换膜、化学功能膜

5、l 能量转化功能膜能量转化功能膜 浓差能量转化膜、光能转化膜、机械能转化膜、电浓差能量转化膜、光能转化膜、机械能转化膜、电能转化膜，导电膜能转化膜，导电膜l 生物功能膜生物功能膜 探感膜、生物反应器、医用膜探感膜、生物反应器、医用膜 几种主要分离膜的分离过程几种主要分离膜的分离过程 记忆功能高分子材料记忆功能高分子材料（shape memory polymer) 形状记忆是指具有初始形状的制品，经形变固定之后，通过加热等外部条件刺激手段的处理，又可使其恢复初始形状的现象,可分为热致感应型，光致感应型，电致感应型，化学感热致感应型，光致感应型，电致感应型，化学感应型应型四种。固定变形态固定变形态

6、记忆起始态记忆起始态恢复起始态恢复起始态应力应力记忆高分子材料记忆高分子材料形状形状记忆高分子材料记忆高分子材料体积体积记忆高分子材料记忆高分子材料色泽色泽记忆高分子材料记忆高分子材料 形状记忆高分子材料形状记忆高分子材料v定义；指能够感应并响应环境变化（如温度，力，电磁，溶剂）的刺激，对其状态参数（如位子，形状，应变等）进行调整，从而回复到其预先设定状态的高分子材料。 形状记忆高分子材料的要求 结晶型聚合物结晶型聚合物要求要求适度结晶适度结晶，否则结晶度过高不，否则结晶度过高不可能产生形状记忆功能。可能产生形状记忆功能。对对无定型聚合物无定型聚合物，当其，当其相对分子质量足够大相对分子质量足

7、够大，大，大分子之间的缠绕足够紧密。在温度大于分子之间的缠绕足够紧密。在温度大于TgTg接近粘接近粘流温度流温度T Tf f时，缠绕点也不会因松弛而解除。时，缠绕点也不会因松弛而解除。结构较结构较对称并适度交联对称并适度交联的聚合物。的聚合物。微相分离明显且两相微相分离明显且两相TgTg相差较大的无定型聚合物相差较大的无定型聚合物。形状记忆高分子材料分类形状记忆高分子材料分类v热致型形状记忆聚合物v电/磁致型形状记忆聚合物v光致型记忆聚合物v其它类型的形状记忆聚合物 其它类型的形状记忆聚合物其它类型的形状记忆聚合物v聚合物的形状记忆行为归根结底其实是材料内部相转变以及分子链运动的结果。那么，只

8、要是能够引发微观分子内部上述两种因素变化的外部条件，从理论上说都能够实现聚合物形状的变形以及回复。目前材料工作者已经利用这个原理制备出很多新奇的形状记忆聚合物。v比如溶致型形状记忆材料，这是利用溶剂中存在的氢键，使聚合物分子链段的柔顺性提高，从而使得聚合物的形状更容易变形以及回复。 其它类型的形状记忆聚合物其它类型的形状记忆聚合物v同时，利用聚合物中亲疏水基团，使分子链在其良溶剂或不良溶剂中能够分别达到舒展以及卷曲的效果。总的来说，这些类型的形状记忆聚合物由于刺激手段比较新颖，功能相对复杂，具有很高的研究价值。 智能高分子凝胶智能高分子凝胶 三维高分子网络与溶剂组成的体系 含有亲溶剂性基团，可

9、被溶剂溶胀 最大的特点:体积相转变pHpH值值/ /离子强度离子强度温度温度/ /光强度光强度/ /电场电场溶胀相溶胀相收缩相收缩相智能高分子凝胶的制备智能高分子凝胶的制备 起始原料单体（水溶或油溶单体）聚合物（天然或合成）单体和聚合物的混合物 两个前提主链或侧链上带有大量亲水基团适当的交联网络结构 制备方法制备方法2.4.1 2.4.1 智能凝胶的分类智能凝胶的分类1、来源天然凝胶合成凝胶2、交联方式化学凝胶物理凝胶3、响应刺激信号温敏凝胶光敏凝胶PH响应凝胶盐敏凝胶电场响应性凝胶. 智能高分子凝胶的应用智能高分子凝胶的应用v调光材料调光材料：低温透明低温透明高温白浊化高温白浊化v智能药物释放智能药物释放系统:葡萄糖响应高分子配合物形成葡萄糖响应高分子配合物形成的胰岛素释放微囊的胰岛素释放微囊感知葡萄糖浓度感知葡萄糖浓度交换键合释放药物交换键合释放药物