本工作的主要目的是制備由磁性粒子和刺激響應(yīng)組分構(gòu)成的功能性復(fù)合水凝膠,擴(kuò)展其功能性應(yīng)用的同時(shí)提升原有性能。本工作的研究思路是首先采用中性單體制備得到變色凝膠再水解獲得p H刺激-響應(yīng)性的功能。通過構(gòu)建雙網(wǎng)絡(luò)的方法提升其力學(xué)性能,并建立了凝膠應(yīng)變-電阻比變化-顏色變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系;然后通過往水中引入無機(jī)納米粘土顆粒Laponite XLG,獲得了穩(wěn)定變色的溫敏性水凝膠,研究了其變色驅(qū)動(dòng)行為及不同配方對(duì)凝膠性能的影響;最后采用原位合成法獲得聚兩性電解質(zhì)磁性水凝膠,探索了其在酸堿溶液中力學(xué)性能的形狀記憶行為,并設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)器。本工作的主要內(nèi)容如下:1.p H刺激-響應(yīng)性變色凝膠的制備是通過非離子型單體甲基丙烯酸-2-羥乙酯（HEMA）、丙烯酰胺（AM）與在磁場(chǎng)下可有序排列的碳包覆的四氧化三鐵（Fe₃O₄@C）磁性納米粒子共聚后水解得到,該凝膠可在p H值為2～7范圍內(nèi)呈現(xiàn)不同顏色響應(yīng),且該過程可逆。通過構(gòu)建雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的方法制備了力學(xué)性能大幅提升的變色水凝膠,其斷裂強(qiáng)度最高可達(dá)875 k Pa;通過往其中引入Na Cl溶液,建立了應(yīng)變-電阻比變化-顏色... 

【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省211工程院校985工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：95 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

(a)水凝膠在75℃的熱塑性行為；(b)室溫下的形狀記憶行為[37]

（GO）、明膠和海藻酸鈉，注入自制模具進(jìn)一步處理后獲得導(dǎo)管，該導(dǎo)管管壁均勻，不僅具有良好的柔韌性，還能夠有效促進(jìn)修復(fù)大鼠坐骨神經(jīng)損傷，在神經(jīng)再生方面具有潛在應(yīng)用。Sun等人[44]在磁場(chǎng)下通過具有磁響應(yīng)的鈦酸鹽電解質(zhì)TiNS片層關(guān)聯(lián)PNIPAM水凝膠，同時(shí)引入金（Au）納米粒子，獲得了Au/TiNS/PNIPAM復(fù)合水凝膠。TiNS片層在磁場(chǎng)下取向排列，限制了復(fù)合水凝膠的變形方向，故當(dāng)激光照射時(shí)，Au納米粒子發(fā)熱引起PNIPAM水凝膠相變，凝膠只能沿片層面的剪切方向發(fā)生變形，故而形成了類似于蚯蚓爬行的驅(qū)動(dòng)，如圖1-2所示。圖1-2Au/TiNS/PNIPAM復(fù)合水凝膠在激光照射下模仿蚯蚓爬行[44]Fig.1-2TheAu/TiNS/PNIPAMcompositehydrogelmimicsearthwormcrawlunderlaserlight[44]近年來，納米材料逐漸凸顯的獨(dú)特功能及其飛速發(fā)展的趨勢(shì)，使得越來越多的科研人員愈發(fā)關(guān)注其與聚合物的協(xié)同作用[45]。本工作主要內(nèi)容也屬于復(fù)合水凝膠的范疇，其中重點(diǎn)關(guān)注通過無機(jī)粒子與刺激-響應(yīng)單元復(fù)合得到的變色凝膠和磁性水凝膠的功能性，后續(xù)將作進(jìn)一步介紹。

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文41.1.3自修復(fù)水凝膠自修復(fù)水凝膠可以自主修復(fù)使用過程中產(chǎn)生的裂痕，有利于維持本體凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的完整性，使之長(zhǎng)期穩(wěn)定地發(fā)揮其功能[46]，目前主要通過動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵[47]和非共價(jià)鍵[48,49]兩種方法來設(shè)計(jì)自修復(fù)水凝膠，用于水凝膠自修復(fù)的動(dòng)態(tài)共價(jià)反應(yīng)通常需要重新應(yīng)用聚合過程的條件，或者使用pH[50]、紫外光照[51]等外部刺激；而動(dòng)態(tài)非共價(jià)作用通常則利用氫鍵[52]、超分子作用[49]、分子擴(kuò)散和鏈纏結(jié)等物理交聯(lián)[53]。Deng等人[54]通過聚環(huán)氧乙烷基水凝膠中酸性pH值下發(fā)生的酰腙交換反應(yīng)和堿性pH值下發(fā)生的二硫交換反應(yīng)，獲得了室溫下可在大范圍pH值內(nèi)自修復(fù)的水凝膠；Zhang等人[53]將兩份單獨(dú)的聚乙烯醇水凝膠端口接觸，室溫下12小時(shí)內(nèi)，界面兩端鏈擴(kuò)散形成氫鍵，界面消失，且隨著接觸時(shí)間的延長(zhǎng)，自修復(fù)率逐漸升高；Wei等人[55]制備了基于多糖的生物相容性自修復(fù)水凝膠，其自修復(fù)率可達(dá)95%；Zhu等人[56]通過引入帶負(fù)電的粘土片層，制備了明膠/PAM/粘土水凝膠，如圖1-3所示，該水凝膠不僅可以導(dǎo)電，還擁有優(yōu)異的自修復(fù)性能、強(qiáng)黏附性能；此外能對(duì)鹽離子、pH和應(yīng)力等多重刺激進(jìn)行響應(yīng)，展現(xiàn)了良好的生物相容性。圖1-3明膠/PAM/粘土水凝膠的自修復(fù)過程和黏附行為示意圖[56]Fig.1-3Schematicillustrationoftheself-healingprocessandadhensionperformanceofthegelatin/PAM/Clayhydrogel.[56]1.1.4水凝膠驅(qū)動(dòng)器針對(duì)不同的外界刺激，在微觀或宏觀尺度作出可控形狀改變等機(jī)械響應(yīng)的裝置被稱為驅(qū)動(dòng)器[57]，水凝膠由于易于變形、具生物相容性、功能性多樣等特征，


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