1、智能高分子智能高分子 秦秦鵬鵬 胡胡書書厚厚 劉劉盛松盛松 齊齊耀耀輝輝 智能材料智能材料智能高分子材料智能高分子材料智能無機非金屬材料智能無機非金屬材料智能金屬材料智能金屬材料多水平結構層次多水平結構層次較弱的分子間作用力較弱的分子間作用力側鏈易引入官能團側鏈易引入官能團便于分子設計和精細控制便于分子設計和精細控制質輕易涂覆質輕易涂覆利于感知判利于感知判斷環境實現斷環境實現環境響應環境響應 智能材料與普通材料的區別智能材料與普通材料的區別智能材料特征智能材料特征v傳感功能v反饋功能v信息識別與積累功能v響應功能v自診斷能力v自修復能力v自調節能力 智能高分子概念智能高分子概念 指集感知、驅動

2、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，具有自診自診斷、自適應、自修復和壽命預報以及靠自身驅動完斷、自適應、自修復和壽命預報以及靠自身驅動完成特定功能成特定功能（如振動控制）的能力。外界環境變化外界環境變化瞬時主動響應瞬時主動響應 智能高分子智能高分子v構思；源于仿生v目標；獲得類似人的各種功能的“活”材料，使材料系統微結構中集成智能與生命特征，達到減小質量，降低能耗，并產生自適應功能。 智能高分子材料的一般分類及應用下面簡要的介紹三種智能高分子材料：下面簡要的介紹三種智能高分子材料：智能高分子膜智能高分子膜記憶功能高分子材料記憶功能高分子材料智能高分子凝膠智能高分子凝

3、膠 智能高分子膜智能高分子膜 分離膜是指能以特定形式限制和傳遞流體物質的分離膜是指能以特定形式限制和傳遞流體物質的分隔兩相或兩部分的界面。分隔兩相或兩部分的界面。篩分篩分 過濾過濾 蒸餾蒸餾蒸發蒸發 重結晶重結晶 萃取萃取 離心離心 分離分離分子尺寸的分離分子尺寸的分離生物體組分的分離生物體組分的分離常用的化工分離常用的化工分離高分子膜分離高分子膜分離 智能高分子膜的分類智能高分子膜的分類 1 1）按膜的材料分類）按膜的材料分類2 2）按膜的分離原理及適用范圍分類）按膜的分離原理及適用范圍分類 根據分離膜的分離原理和推動力的不同，可將根據分離膜的分離原理和推動力的不同，可將其分為微孔其分為微孔

4、 膜、超過濾膜、反滲透膜、納濾膜、膜、超過濾膜、反滲透膜、納濾膜、滲析膜、電滲析膜、滲透蒸發膜等滲析膜、電滲析膜、滲透蒸發膜等。3 3）按膜斷面的物理形態分類）按膜斷面的物理形態分類 根據分離膜斷面的物理形態不同，可將其分為根據分離膜斷面的物理形態不同，可將其分為對稱膜，不對稱膜、復合膜、平板膜、管式膜、中對稱膜，不對稱膜、復合膜、平板膜、管式膜、中空纖維膜等。空纖維膜等。4 4）按功能分類）按功能分類 日本著名高分子學者日本著名高分子學者清水剛夫清水剛夫將膜按功能分為：將膜按功能分為：l 分離功能膜分離功能膜 氣體氣體/ /液體分離膜、離子交換膜、化學功能膜液體分離膜、離子交換膜、化學功能膜

5、l 能量轉化功能膜能量轉化功能膜 濃差能量轉化膜、光能轉化膜、機械能轉化膜、電濃差能量轉化膜、光能轉化膜、機械能轉化膜、電能轉化膜，導電膜能轉化膜，導電膜l 生物功能膜生物功能膜 探感膜、生物反應器、醫用膜探感膜、生物反應器、醫用膜 幾種主要分離膜的分離過程幾種主要分離膜的分離過程 記憶功能高分子材料記憶功能高分子材料（shape memory polymer) 形狀記憶是指具有初始形狀的制品，經形變固定之后，通過加熱等外部條件刺激手段的處理，又可使其恢復初始形狀的現象,可分為熱致感應型，光致感應型，電致感應型，化學感熱致感應型，光致感應型，電致感應型，化學感應型應型四種。固定變形態固定變形態

6、記憶起始態記憶起始態恢復起始態恢復起始態應力應力記憶高分子材料記憶高分子材料形狀形狀記憶高分子材料記憶高分子材料體積體積記憶高分子材料記憶高分子材料色澤色澤記憶高分子材料記憶高分子材料 形狀記憶高分子材料形狀記憶高分子材料v定義；指能夠感應并響應環境變化（如溫度，力，電磁，溶劑）的刺激，對其狀態參數（如位子，形狀，應變等）進行調整，從而回復到其預先設定狀態的高分子材料。 形狀記憶高分子材料的要求 結晶型聚合物結晶型聚合物要求要求適度結晶適度結晶，否則結晶度過高不，否則結晶度過高不可能產生形狀記憶功能。可能產生形狀記憶功能。對對無定型聚合物無定型聚合物，當其，當其相對分子質量足夠大相對分子質量足

7、夠大，大，大分子之間的纏繞足夠緊密。在溫度大于分子之間的纏繞足夠緊密。在溫度大于TgTg接近粘接近粘流溫度流溫度T Tf f時，纏繞點也不會因松弛而解除。時，纏繞點也不會因松弛而解除。結構較結構較對稱并適度交聯對稱并適度交聯的聚合物。的聚合物。微相分離明顯且兩相微相分離明顯且兩相TgTg相差較大的無定型聚合物相差較大的無定型聚合物。形狀記憶高分子材料分類形狀記憶高分子材料分類v熱致型形狀記憶聚合物v電/磁致型形狀記憶聚合物v光致型記憶聚合物v其它類型的形狀記憶聚合物 其它類型的形狀記憶聚合物其它類型的形狀記憶聚合物v聚合物的形狀記憶行為歸根結底其實是材料內部相轉變以及分子鏈運動的結果。那么，只

8、要是能夠引發微觀分子內部上述兩種因素變化的外部條件，從理論上說都能夠實現聚合物形狀的變形以及回復。目前材料工作者已經利用這個原理制備出很多新奇的形狀記憶聚合物。v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。 其它類型的形狀記憶聚合物其它類型的形狀記憶聚合物v同時，利用聚合物中親疏水基團，使分子鏈在其良溶劑或不良溶劑中能夠分別達到舒展以及卷曲的效果。總的來說，這些類型的形狀記憶聚合物由于刺激手段比較新穎，功能相對復雜，具有很高的研究價值。 智能高分子凝膠智能高分子凝膠 三維高分子網絡與溶劑組成的體系 含有親溶劑性基團，可

9、被溶劑溶脹 最大的特點:體積相轉變pHpH值值/ /離子強度離子強度溫度溫度/ /光強度光強度/ /電場電場溶脹相溶脹相收縮相收縮相智能高分子凝膠的制備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 兩個前提主鏈或側鏈上帶有大量親水基團適當的交聯網絡結構 制備方法制備方法2.4.1 2.4.1 智能凝膠的分類智能凝膠的分類1、來源天然凝膠合成凝膠2、交聯方式化學凝膠物理凝膠3、響應刺激信號溫敏凝膠光敏凝膠PH響應凝膠鹽敏凝膠電場響應性凝膠. 智能高分子凝膠的應用智能高分子凝膠的應用v調光材料調光材料：低溫透明低溫透明高溫白濁化高溫白濁化v智能藥物釋放智能藥物釋放系統:葡萄糖響應高分子配合物形成葡萄糖響應高分子配合物形成的胰島素釋放微囊的胰島素釋放微囊感知葡萄糖濃度感知葡萄糖濃度交換鍵合釋放藥物交換鍵合釋放藥物