智能高分子材料

智能高分子

秦鵬胡書厚劉盛松齊耀輝

智能材料智能高分子材料智能無機(jī)非金屬材料智能金屬材料

功能材料多水平結(jié)構(gòu)層次較弱的分子間作用力側(cè)鏈易引入官能團(tuán)便于分子設(shè)計(jì)和精細(xì)控制質(zhì)輕易涂覆利于感知判斷環(huán)境實(shí)現(xiàn)環(huán)境響應(yīng)

智能材料與普通材料的區(qū)別智能材料特征傳感功能反饋功能信息識(shí)別與積累功能響應(yīng)功能自診斷能力自修復(fù)能力自調(diào)節(jié)能力

智能高分子概念

指集感知、驅(qū)動(dòng)和信息處理于一體，形成類似生物材料那樣具有智能屬性的高分子材料，具有自診斷、自適應(yīng)、自修復(fù)和壽命預(yù)報(bào)以及靠自身驅(qū)動(dòng)完成特定功能（如振動(dòng)控制）的能力。外界環(huán)境變化瞬時(shí)主動(dòng)響應(yīng)

智能高分子構(gòu)思；源于仿生目標(biāo)；獲得類似人的各種功能的“活”材料，使材料系統(tǒng)微結(jié)構(gòu)中集成智能與生命特征，達(dá)到減小質(zhì)量，降低能耗，并產(chǎn)生自適應(yīng)功能。

智能高分子材料的一般分類及應(yīng)用

下面簡(jiǎn)要的介紹三種智能高分子材料：智能高分子膜記憶功能高分子材料智能高分子凝膠

智能高分子膜

分離膜是指能以特定形式限制和傳遞流體物質(zhì)的分隔兩相或兩部分的界面。篩分過濾蒸餾蒸發(fā)重結(jié)晶萃取離心分離分子尺寸的分離生物體組分的分離常用的化工分離高分子膜分離

智能高分子膜的分類

1）按膜的材料分類2）按膜的分離原理及適用范圍分類

根據(jù)分離膜的分離原理和推動(dòng)力的不同，可將其分為微孔膜、超過濾膜、反滲透膜、納濾膜、滲析膜、電滲析膜、滲透蒸發(fā)膜等。3）按膜斷面的物理形態(tài)分類

根據(jù)分離膜斷面的物理形態(tài)不同，可將其分為對(duì)稱膜，不對(duì)稱膜、復(fù)合膜、平板膜、管式膜、中空纖維膜等。4）按功能分類

日本著名高分子學(xué)者清水剛夫?qū)⒛ぐ垂δ芊譃椋悍蛛x功能膜氣體/液體分離膜、離子交換膜、化學(xué)功能膜能量轉(zhuǎn)化功能膜濃差能量轉(zhuǎn)化膜、光能轉(zhuǎn)化膜、機(jī)械能轉(zhuǎn)化膜、電能轉(zhuǎn)化膜，導(dǎo)電膜生物功能膜探感膜、生物反應(yīng)器、醫(yī)用膜

幾種主要分離膜的分離過程

記憶功能高分子材料（shapememorypolymer)

形狀記憶是指具有初始形狀的制品，經(jīng)形變固定之后，通過加熱等外部條件刺激手段的處理，又可使其恢復(fù)初始形狀的現(xiàn)象,可分為熱致感應(yīng)型，光致感應(yīng)型，電致感應(yīng)型，化學(xué)感應(yīng)型四種。固定變形態(tài)記憶起始態(tài)恢復(fù)起始態(tài)應(yīng)力記憶高分子材料形狀記憶高分子材料體積記憶高分子材料色澤記憶高分子材料

形狀記憶高分子材料定義；指能夠感應(yīng)并響應(yīng)環(huán)境變化（如溫度，力，電磁，溶劑）的刺激，對(duì)其狀態(tài)參數(shù)（如位子，形狀，應(yīng)變等）進(jìn)行調(diào)整，從而回復(fù)到其預(yù)先設(shè)定狀態(tài)的高分子材料。

形狀記憶高分子材料的要求結(jié)晶型聚合物要求適度結(jié)晶，否則結(jié)晶度過高不可能產(chǎn)生形狀記憶功能。對(duì)無定型聚合物，當(dāng)其相對(duì)分子質(zhì)量足夠大，大分子之間的纏繞足夠緊密。在溫度大于Tg接近粘流溫度Tf時(shí)，纏繞點(diǎn)也不會(huì)因松弛而解除。結(jié)構(gòu)較對(duì)稱并適度交聯(lián)的聚合物。微相分離明顯且兩相Tg相差較大的無定型聚合物。形狀記憶高分子材料分類熱致型形狀記憶聚合物電/磁致型形狀記憶聚合物光致型記憶聚合物其它類型的形狀記憶聚合物

其它類型的形狀記憶聚合物聚合物的形狀記憶行為歸根結(jié)底其實(shí)是材料內(nèi)部相轉(zhuǎn)變以及分子鏈運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。那么，只要是能夠引發(fā)微觀分子內(nèi)部上述兩種因素變化的外部條件，從理論上說都能夠?qū)崿F(xiàn)聚合物形狀的變形以及回復(fù)。目前材料工作者已經(jīng)利用這個(gè)原理制備出很多新奇的形狀記憶聚合物。比如溶致型形狀記憶材料，這是利用溶劑中存在的氫鍵，使聚合物分子鏈段的柔順性提高，從而使得聚合物的形狀更容易變形以及回復(fù)。

其它類型的形狀記憶聚合物同時(shí)，利用聚合物中親疏水基團(tuán)，使分子鏈在其良溶劑或不良溶劑中能夠分別達(dá)到舒展以及卷曲的效果?？偟膩碚f，這些類型的形狀記憶聚合物由于刺激手段比較新穎，功能相對(duì)復(fù)雜，具有很高的研究?jī)r(jià)值。

智能高分子凝膠三維高分子網(wǎng)絡(luò)與溶劑組成的體系含有親溶劑性基團(tuán)，可被溶劑溶脹最大的特點(diǎn):體積相轉(zhuǎn)變pH值/離子強(qiáng)度溫度/光強(qiáng)度/電場(chǎng)溶脹相收縮相智能高分子凝膠的制備

起始原料單體（水溶或油溶單體）聚合物（天然或合成）單體和聚合物的混合物兩個(gè)前提主鏈或側(cè)鏈上帶有大量親水基團(tuán)適當(dāng)?shù)慕宦?lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

制備方法2.4.1智能凝膠的分類1、來源天然凝膠合成凝膠2、交聯(lián)方式化學(xué)凝膠物理凝膠3、響應(yīng)刺激信號(hào)溫敏凝膠光敏凝膠PH響應(yīng)凝膠鹽敏凝膠電場(chǎng)響應(yīng)性凝膠......

智能高分子凝膠的應(yīng)用調(diào)光材料：低溫透明高溫白濁化智能藥物釋放系統(tǒng):葡萄糖響應(yīng)高分子配合物形成的胰島素釋放微囊感知葡萄糖濃度交換鍵合釋放藥物患者的血糖濃度維持正常水平釋放機(jī)理：刺激響應(yīng)脈沖釋放