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聚合物基智能复合材料及其器件的研究

王润俊  
【摘要】:智能材料是指一类具有一种或多种独特性能的合成材料,这种材料的某些性能会在不同的外部刺激下发生显著改变,从而实现对一种或多种环境变化的响应。利用这些不同的触发机制,研究人员设计出了各种可控的、个性化的智能材料以应对不同的使用环境。其中,智能运动机器人是智能材料领域的一项研究热点。聚合物基柔性材料的运动连续性和变化性可以使该种机器人能够很好地适应无法预知的障碍,而各种聚合物基智能响应材料可以用来制备传感器件。本论文以设计、制备水下环境使用的智能响应、驱动材料及器件为研究目的,完成了以下研究内容:制备了多种2-丙烯酸-2-甲氧基乙酯(MEA)和丙烯酸十八酯(SA)复合材料,并选择了最合适的配比。首先进行DSC测试,得出该复合材料具有明显的结晶区,可以实现密度变化;然后测试了复合材料的形状记忆和自修复性能;利用该特性设计了多种器件形状,实现了多种水下运动形式。最后制备了发泡道康宁184硅橡胶(PDMS)材料,制备的器件实现了水下沉浮及行走。将温敏材料N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和具有不同侧链烷基长度的丙烯酸烷基酯聚合,制备了各种半结晶物理水凝胶,对水凝胶进行了XRD分析、溶胀性能测试以及消溶胀性能测试,对消溶胀速度进行了定量分析,结果表明这两种水凝胶的消溶胀行为均可以通过一级动力学方程来表示。最后测试分析了几种水凝胶的透光率与温度之间的关系,尝试制备能够实现透光率随温度可逆变化的水凝胶。制备了甲基丙烯酸甲酯(MMA)-NIPAM系列水凝胶和苯乙烯(St)-NIPAM系列水凝胶,并对其溶胀性能、消溶胀性能和力学性能进行了测试,发现两种水凝胶的溶胀行为均符合一级动力学方程。最后通过力学性能测试,得到了力学性能最佳的水凝胶配比。


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