多重敏感型智能凝胶及其器件的研究

来源 :北京石油化工学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yahu911
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智能水凝胶在近年来受到越来越多的关注,因为它们能对外界刺激做出响应产生物理性能变化,传统的智能水凝胶只能处理单一刺激的反应,然而自然界中的各种生物过程往往是适应多种环境变化的结果,而不是单一因素,因此研究一种可以同时对多种刺激做出响应的智能凝胶是非常必要的。本论文以合成多重敏感型智能凝胶及器件为研究目的,完成了如下研究内容:以甲基丙烯酸(MAAc)作为单体,以光引发聚合,并浸泡乙酸钙(Ca Ac)的方法制备出了多重敏感均聚水凝胶。研究了该凝胶含水量、室温与高温力学性能,通过提高凝胶的温度,使凝胶的强度及模量提高数十倍。系统研究了凝胶透光率对环境温度和溶液浓度的响应,得出了凝胶的低临界共溶温度(LCST)随着单体浓度的升高的降低,且凝胶的浓度敏感性随着溶液浓度差的增大而增强的结论。研究了凝胶的冷致形状记忆性能,并成功设计了可以进行信息擦写的智能凝胶器件。基于上述PMAAc均聚水凝胶的研究基础,将丙烯酸(AAc)与MAAc作为单体进行共聚,制备出了多重敏感共聚水凝胶。通过提高MAAc的含量,从而增大凝胶的含水量,提高凝胶的溶胀性能,缩短形状记忆的回复时间;通过提高AAc的含量,从而降低凝胶的LCST,加快了透光率的温敏响应速度,提高凝胶的力学性能,相对于均聚凝胶,共聚凝胶的浓度敏感性能的调控范围更大,且同样实现了凝胶器件信息擦写的功能。以PMAAc均聚凝胶作为基体,引入了光敏组分,如红外光热组分硫化铜(CuS)和UV感光材料,分别制备出了对近红外激光敏感和对紫外光敏感的多重敏感复合水凝胶。研究了该复合凝胶的力学性能和温敏性能,使用光学显微镜和拉曼光谱仪对凝胶的结构及性能进行了表征,并对凝胶进行近红外激光(NIR)测试和UV光照测试,光敏组分的引入成功赋予了凝胶各种光敏性能,有望成为潜在的实用化凝胶器件。
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