响应型智能软材料及其器件的研究

来源 :北京石油化工学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kary_yeah
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近年来,智能软材料及其器件的发展受到人们广泛关注,智能水凝胶是其中重要的一类,这种软材料可以对外界刺激(例如光、电、磁场、温度、pH等)作出响应,产生自身颜色、形状上的变化。可重复编程、可控形变的智能水凝胶有望用于未来的可穿戴设备、软机器人和仿生器件。然而,编程的单一性和水凝胶结构的复杂性限制了进一步的应用。为解决以上问题,实现制备便捷化和可重复编程变形,本论文主要完成以下几方面的工作:1)以温敏凝胶N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)为单体,黏土(Laponite RDS)为物理交联剂,加入丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMAEA-Q)作为阳离子添加剂,使用过硫酸铵(APS)和四甲基乙二胺(TEMED)氧化还原引发体系,经过自由基聚合得到了一种水凝胶,将水凝胶浸泡在钼酸铵(Mo7)水溶液中,得到光致变色功能的智能水凝胶(R7Q7)。其中的光敏单元Mo7赋予水凝胶在紫外线照射下的颜色变化功能,使用不同的光掩模获得具有不同蓝色图案的凝胶,然后可以在空气中擦除并可以使用其他图案重复写入。由于PNIPAM的温敏特性,具有各种设计图案的R7Q7可以在近红外激光下表现出可重新编程的形变转换。2)通过Mo7与N-羟甲基丙烯酰胺混合溶液对R7Q7水凝胶处理,在UV照射30s后,水凝胶变色程度趋于饱和,将测试结果与Mo7溶液中浸泡后的测试结果进行对比,可以发现,变色速度明显加快,UV照射5s,在700nm处的吸收值达到了1.406,远远超过了Mo7中浸泡并UV照射120s后的0.13,这大大提高了所制备凝胶的紫外光响应速率,实现了快速光打印、光书写等功能。3)使用Mo7与丙二酸混合溶液对R7Q7水凝胶处理,在UV照射30s后,水凝胶变色程度趋于饱和,将测试结果与Mo7溶液中浸泡后的测试结果进行对比,可以发现,变色速度明显加快,同时,经过这种方法处理的凝胶能够在一定时间内保持其固定形状,这将有望在形状记忆器件方面有一定的应用。4)在R7Q7中引入还原氧化石墨烯,水凝胶的近红外响应性能得到了较大提升,同时UV光致变色性能保留。通过紫外光照射光掩模和近红外光照射结合的方法,仍可以使外观表现为黑色的复合凝胶实现可编程形变的效果。
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