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电响应水凝胶在外界电场作用下,自身物理、化学性质会发生变化,其最大特点是将电能转换为机械能。为了制备具有高电响应性能的水凝胶,本文选择含大量羟基的可溶性淀粉为原料、戊二醛为交联剂,通过向体系中加入不同种类的金属离子(M3+)成功制备了淀粉-M(Ⅲ)复合水凝胶;并探讨了金属离子种类、含量和施加电场大小对该水凝胶电响应性能的影响。其中,在有电场情况下制备的水凝胶称为A-水凝胶(E=0.4、0.8kV/mm),无电场时制备的水凝胶称为B-水凝胶。选用动态粘弹谱仪(DMA)测试A-水凝胶和B-水凝胶的储能模量,并计算了水凝胶储能模量变化量(AG’)和储能模量变化率(△G’/G’B)来反应其电场响应性能;由扫描电镜(SEM)观察水凝胶微观形貌;红外光谱(FTIR)和热重分析(TGA)等方法研究水凝胶内部成胶结构。具体内容如下:1.在有、无电场条件下,向可溶性淀粉体系中分别加入一系列浓度递变的FeCl3 溶液(铁离子浓度分别为 0、0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4mol/L),成功制备了淀粉-Fe(Ⅲ)水凝胶。结果表明:无电场作用时,淀粉-Fe(Ⅲ)水凝胶的储能模量值随铁离子浓度的增加先增大后减小,当铁离子浓度为0.15mol/L时,储能模量值达到最大。施加电场后,淀粉-Fe(Ⅲ)水凝胶对电场显示正响应,并且铁离子的加入促进了水凝胶的响应性,在铁离子浓度为0.2mol/L时,淀粉-Fe(Ⅲ)水凝胶对电场的响应性最强。2.用同样的方法制备了含不同铝离子浓度(铝离子浓度分别为0、0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4mol/L)的淀粉-Al(Ⅲ)水凝胶,研究了其成胶机理以及电场响应性能,并与淀粉-Fe(Ⅲ)水凝胶进行对比。结果表明:在不施加电场时,铝离子的加入降低了水凝胶的储能模量值,并且在所加铝离子浓度范围内,水凝胶的储能模量值随铝离子浓度变化并不明显;施加电场后,类似淀粉-Fe(Ⅲ)水凝胶、淀粉-Al(Ⅲ)水凝胶也对电场产生正响应,并且铝离子的加入提升了淀粉水凝胶的电响应性能。通过对两种水凝胶在不同条件下储能模量值(△G’)、储能模量变化量(△G’)以及储能模量变化率(△G’/G’B)三者比较发现:这两种水凝胶对电场均产生正响应,并且电响应性能:淀粉-Fe(Ⅲ)水凝胶>淀粉-Al(Ⅲ)水凝胶。3.在制备淀粉-Fe(Ⅲ)水凝胶和淀粉-Al(Ⅲ)水凝胶的过程中,我们发现:随着铁离子浓度变大,淀粉-Fe(Ⅲ)水凝胶的储能模量值趋向于先增大后减小;而铝离子加入到体系中后,淀粉-Al(Ⅲ)水凝胶的储能模量值随铝离子浓度的增大并没有发生明显变化。我们推测是由于体系中铝离子含量太小导致,为了探究铝离子含量对水凝胶力学性能及电响应性能的影响,我们改变方法制备了铝离子含量较高的淀粉-Al(Ⅲ)水凝胶,铝离子在体系中含量分别为(wt%):0.25、0.5、0.75、1.0、1.25、1.5、1.75、2.0、2.25、2.5。结果表明:在E=0kV/mm时,随着铝离子含量的增大,淀粉-Al(Ⅲ)水凝胶的储能模量值不断减小,当铝离子含量为2%时,体系呈溶胶状态,无法形成凝胶态;但施加电场后,体系又可形成水凝胶;随着铝离子含量达到2.5%,只有在电场强度为0.8kV/mm条件下才能胶凝,但储能模量值仅为7kPa左右,可见增大铝离子的含量既影响了体系的成胶过程也促进了体系对电场的响应性。