【摘 要】
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智能水凝胶面对外界物理或化学刺激(如磁场、电场、温度、pH、和光等)时,拥有传统材料所不具备的特殊应激性能。磁性水凝胶是指对磁场或磁性作用具有特殊响应特性的智能水凝胶。
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智能水凝胶面对外界物理或化学刺激(如磁场、电场、温度、pH、和光等)时,拥有传统材料所不具备的特殊应激性能。磁性水凝胶是指对磁场或磁性作用具有特殊响应特性的智能水凝胶。相比其他传统刺激(如pH和温度)敏感材料,磁响应水凝胶可能更加适用于药物释放、生物医学装置等领域的应用,因为磁性作用是一种无接触作用,容易操作和控制。本文制备磁响应的智能水凝胶,并对其力学性能、磁性能、溶胀性能进行探讨,为拓展水凝胶的应用范围提供了可能。论文研究的主要内容和结果如下:
1.通过碱性共沉淀技术来制磁性纳米γ-Fe2O3颗粒,加入表面改性剂四甲基氢氧化铵(TMAH)来表面修饰。然后将磁性γ-Fe2O3纳米颗粒溶液散于可聚合单体丙烯酰胺(AM)溶液中,并引发溶液聚合,制备磁性水凝胶。探讨该凝胶的溶胀动力学过程,其平衡溶胀度SW可达15以上,溶胀吸水过程遵循Fickian扩散;力学测试实验表明,拉伸强度达60 kPa,压缩强度普遍在0.65-0.70 MPa;磁性能实验表明该磁性凝胶具有一定磁性。
2.采用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(TPM)对磁性纳米Fe2O3颗粒进行表面修饰,接枝上双键。接着与单体丙烯酰胺混合,加入引发剂来制备磁性水凝胶TPM-FH。凝胶溶胀实验表明,该凝胶的平衡溶胀度SW可达45-60,该凝胶的溶胀吸水过程不遵循Fickian扩散,符合Schott经验公式;力学测试实验表明,压缩强度普遍在0.80-0.92 MPa;磁性能实验表明该磁性凝胶具有一定磁性。
3.以磁性Pickering乳液为交联剂,制备了一种新型的聚丙烯酰胺复合水凝胶。与传统的水凝胶相比,该水凝胶具有优异的力学性能和溶胀性能,最大拉伸伸长率可以达2500-3000%,拉伸强度为125-168kPa,压缩强度可达17-18.5 MPa,应变至90%,在撤去应力后,凝胶可以较快的恢复初始态,实验完毕凝胶未受损,展示良好的形变恢复性能;溶胀实验表明,该凝胶的平衡溶胀度SW可达75-130,该凝胶的溶胀吸水过程不遵循Fickian扩散,符合Schott经验公式;利用乳液形成过程中磁性纳米Fe2O3颗粒的自组装,将磁性粒子引入水凝胶网络,制备的水凝胶具有良好磁响应性能。
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