隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展,環(huán)境刺激響應(yīng)性智能材料應(yīng)運而生并逐漸向智能化、柔性可穿戴以及多功能集成化方向發(fā)展。柔性驅(qū)動器作為智能材料的重要分支,在保留智能材料對外界環(huán)境刺激快速響應(yīng)性的同時還要滿足大尺度彎曲變形性、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性以及多重刺激響應(yīng)性,在康復理療、智能開關(guān)、人工肌肉以及柔性機器人等新興領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。當前報道的一些柔性驅(qū)動器存在各種各樣的問題,包括:制備工藝復雜、成本高、環(huán)境污染大、驅(qū)動器性能不穩(wěn)定、刺激源苛刻、刺激選擇性單一等,要滿足當前對柔性驅(qū)動器具有高柔性、快速及多重刺激響應(yīng)性、大尺度彎曲變形性、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性、驅(qū)動過程環(huán)保安全無污染的高標準、高要求還有一定距離,這大大限制了柔性驅(qū)動器在未來新興智能化體系中的應(yīng)用及發(fā)展。因此,選擇一些環(huán)境友好型材料、采用簡單便捷的加工方法制備出具有多重刺激響應(yīng)性的柔性驅(qū)動器勢在必行。本論文綜述了智能材料以及柔性驅(qū)動材料的發(fā)展過程,詳細闡述了目前集中研究的一些柔性驅(qū)動材料,及不同刺激響應(yīng)性柔性驅(qū)動器的制備及應(yīng)用研究現(xiàn)狀。論文中從一些能夠?qū)Νh(huán)境中的光、熱、濕氣等刺激迅速感知并產(chǎn)生響應(yīng)行為的新型功能材料出發(fā),在不改變材料基本性能... 

【文章來源】：東華大學上海市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：131 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

智能材料的組成及各部分功能介紹Figure1.1Introductiontothecomponentsandfunctionsofsmartmaterials

東華大學博士學位論文目錄4后通過添加劑以及結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計，制備成多重刺激響應(yīng)性驅(qū)動器[18]。此外，凝膠類驅(qū)動材料還具有很多優(yōu)異的性能，包括質(zhì)輕、生物相容性好、生物可降解以及制備方法簡單方便等[22-23]，在未來柔性驅(qū)動領(lǐng)域中具有較大的應(yīng)用前景。此外，液晶類聚合物材料（LC）以及形狀記憶類聚合物材料(SMPs)由于其優(yōu)異的性能，近年來在柔性驅(qū)動材料方面具有較多研究。圖1.2不同材料的楊氏模量對比[15,18,28]Figure1.2Young"smodulusvaluesofdifferentmaterials（1）柔性液晶聚合物類驅(qū)動材料液晶高分子是一類在特定條件下能以液晶相存在的高分子化合物，液晶相是一類具有極性的呈棒狀排列的分子結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在外界環(huán)境刺激下會發(fā)生重排，當外加電場消除后，液晶相又會重新回到其初始狀態(tài)[24-26]。因此，將液晶高分子與聚合物材料復合制備成的液晶彈性體以及液晶高分子網(wǎng)絡(luò)在柔性驅(qū)動器中應(yīng)用較多。其中液晶彈性體是一類輕度交聯(lián)的液晶高分子聚合物，有類似于橡膠的特性，液晶高分子網(wǎng)絡(luò)具有較為密集的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時在分子排列方面更加規(guī)整，因此具有較大的形變潛能[24,27]。（2）柔性形狀記憶類驅(qū)動材料形狀記憶類聚合物材料是一類新型的功能高分子材料，該類材料在受到外界環(huán)境刺激時可以將聚合物的當前形態(tài)固定下來（一般該狀態(tài)為聚合物的結(jié)晶態(tài)或玻璃態(tài)），當聚合物受到光、熱、溶劑、pH等刺激后，大分子結(jié)構(gòu)瞬間被激活，聚合物構(gòu)型發(fā)生轉(zhuǎn)變，最后恢復到其原始狀態(tài)[22,29]。1.3.2.2柔性碳基驅(qū)動材料[18]碳基材料中最火熱且被廣泛研究的當屬碳納米管和石墨烯了。碳納米管質(zhì)輕、力學強度高，此外還具有優(yōu)異的導電、導熱、以及化學穩(wěn)定性，在航空航天、交通運輸、建筑、醫(yī)療以及傳感領(lǐng)域都有著廣泛的用途[

東華大學博士學位論文目錄5與一些柔性基材復合制備成柔性的纖維或薄膜基驅(qū)動器，實現(xiàn)在光、熱、電刺激下的驅(qū)動效果。Hu[37]等人將碳納米管（CNT）與聚二甲基硅氧烷（PDMS）彈性體復合制備了一種高柔性的復合薄膜基驅(qū)動器，該驅(qū)動器在外界光照下可以發(fā)生彈指性跳躍運動，如圖1.3（a）所示。另外，Zhang[38]等人將單壁碳納米管（SWNT）與聚碳酸酯基材（PC）復合制備成柔性的雙層復合薄膜基驅(qū)動器，可以在紅外光照下發(fā)生可控的彎曲變形行為。此外，通過篩選不同手性分布碳納米管，得到了特定光響應(yīng)性的驅(qū)動薄膜，實現(xiàn)了驅(qū)動材料對刺激光源的定向選擇性，如圖1.3（b）所示。圖1.3（a）CNT/PDMS柔性驅(qū)動薄膜在光照下的彈指運動過程，包含（i）能量積聚過程和（ii）能量釋放過程[37]，（b）PC/SWNT柔性復合薄膜在光照下的彎曲-回復過程[38]Figure1.3(a)SchematicillustrationoftheflickingfingerbehaviorofCNT/PDMSflexiblemembrane-basedactuatorunderlightstimulation,includingenergyaccumulationprocess(i)andenergyreleaseprocess(ii),(b)Reversiblebending-recoveryprocessoftheflexiblePC/SWNTcompositemembraneunderlightirradiation氧化石墨烯，即石墨烯的氧化產(chǎn)物，通過在石墨烯上引入大量的含氧官能團制得，具有優(yōu)異的物理、化學、電學、光學性能。氧化石墨烯上引入的大量含氧官能團使其具有優(yōu)異的親水性，能夠均勻穩(wěn)定的分散在在水中，通過蒸發(fā)溶劑以及抽濾操作可以快速制得具有較高柔性的氧化石墨烯薄膜。已經(jīng)有相關(guān)報道直接對氧化石墨烯薄膜進行簡單的物理、化學處理來制備具有較高柔性驅(qū)動薄膜材料。例如：Cheng[39-40]等人采用蒸發(fā)溶劑法制得柔性的GO薄膜，在單側(cè)濕氣以及紅外光照刺激下該薄膜可以發(fā)生快速可逆的彎曲-?

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本文編號：3273703