智能高分子材料调研报告.docx
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1、智能高分子材料调研报告智能材料简介材料的发展经历着结构材料f功能材料f智能材料f模糊材料的过程。20世纪80年代末,日本科学家将信息科学容于材料的物性和功能,提出了智能材料(Intelligent Materials)概念,是指对环境具有可感知、可响应,并具有功能发现能力的新材料。智能材料的概念设计构思:(1)材料开发的历史:由结构材料、功能材料进而到智能材料;(2)人工智能在材料的水平反映一一生物计算机的未来模式;(3)从材料设计的立场制造智能材料;(4)软件功能引入材料;(5)人们对材料的期望;(6)能量传递;(7)材料具有时间轴,要求材料有寿命预告、自修复、自分解,甚至自学习、自繁殖、自
2、净化功能和对外部刺激时间轴积极自变的动态功能。表1智能材料的分类目一、智能高分子材料的定义智能高分子材料又称智能聚合物、机敏性聚合物、刺激响应型聚合物、环境敏感型聚合物,是指能够感知环境变化,通过自我判断和结论,实现指令和执行的高分子材料。它通过分子设计和有机合成的方法使有机材料本身具有生物所赋予的高级功能,如自修复与自增殖能力、认识与鉴别能力、刺激相应与环境应变能力等。由于高分子材料结构的复杂和多样性,可通过在分子结构、聚集态结构、共混、复合、界面和表面甚至外观结构等各方面单一或综合的利用,达到材料的某种智能化。其中环境刺激因素很多,如温度、pH值、离子、电场、磁场、溶剂、反应物、光或紫外光
3、、应力和识别等,对这些刺激产生有效响应的智能聚合物自身性质会随之发生变化。由于它具有反馈功能,与仿生和信息密切相关,其先进的设计思想智能膜材是指以膜的形式对环境进行感知、相应且具有功能发现能力的膜用材料,主要为有机高分子,包括合成高分子和天然高分子材料。高分子膜的智能化是通过膜的组成、结构和形态的变化来实现的。研究较多的是选择性渗透、选择性吸收和分离等。将生物分子或复杂的生物系统与高分子膜杂化,既有利于延长生物材料的活性寿命,又能获得良好的选择性。智能高分子膜可根据膜的用途分为用于分离的分离膜和交换膜、用于识别的传感器膜和用于参与反应的催化剂膜;根据对环境的响应性可分为热敏感膜、pH敏感膜、电
4、敏感膜和光敏感膜等;根据膜的形式可分为荷电型超滤膜、接枝型智能膜、互穿网络膜、聚电解质配合物膜、导电聚合物膜、液晶膜和凝胶膜等。2.3 智能织物智能纺织品指对环境条件或环境因素的刺激有感知和能做出相应的纺织品,如在热、光、电、湿、机械和化学物质等因素的作用下,它们能通过颜色、振动、电性能、能量储藏等变化,对外界刺激做出响应。Vigo等将聚乙二醇与各种纤维如棉、聚酯或聚酰胺/聚氨酯共混物结合,使其具有热适应性与可逆收缩性。所谓热适应性,是赋予材料热记忆特征:温度升高时纤维冷却;温度降低时纤维发热。此热记忆效应源于结合在纤维上的相邻多元醇螺旋间氢键相互作用。温度升高时,氢键解离,系统趋于无序,此类
5、线团松弛,过程吸热;当环境温度降低时,氢键使系统更为有序,线团压缩,过程放热。此类织物的另一功能是可逆收缩:湿时收缩,干时回复至其原始尺寸。其中湿态收缩率可达35%,水以外的溶剂亦能使其产生这种响应。如压力绷带,它在血液(其中主要是水)中收缩,伤口上所产生的压力会止血,绷带干燥时压力消除。2.4 聚合物基电流变流体材料电流变流体材料是由具有较高介电常数的分散颗粒与具有较低介电常数的绝缘液体油形成的一类悬浮液。它的电流变性能由加到流体系统的外部电压来控制。电流变流体材料主要用于制作各种力学零件,只需改变电压就可实现机械传动与控制,如无级变速器,控制阀门、刹车器、离合器;制作振动隔离系统,如发动机
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