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多功能、自修复性纳米复合物的设计、制备及性能研究

燕宇  
【摘要】:聚合物薄膜的直接快速制备和表面图案化在先进电子器件的构造中具有重要意义,但由于缺乏通用、有效且易于加工的方法,该领域的进展一直处于起步阶段。在本文中,我们提出了一种通用、快速的定向滑动实验策略,采用新制备的可降解的星型纳米复合水凝胶,可直接并且大面积制备出具有多功能的、厚度可控的聚合物薄膜。制备出的薄膜具有较高的透光率(93%)、优异的机械强度(114MPa)、多重响应性、稳定性及优异的自修复性能。由于薄膜主要是由亲水性聚合物链组成,故其具备独特的湿度敏感特性,结合这种敏感的湿度响应性以及薄膜内可逆RS-Au配位键和氢键的作用,实现了薄膜在湿度和近红外光诱导下的快速自修复。这种通用且高效的薄膜制造和组装策略制备出的薄膜具有可控的表面形貌和功能,并且有望被应用于先进的柔性电子产品的生产中。对于多功能聚合物薄膜材料来说,其应用领域较广,但是由于其自身体积小,对溶剂水的响应性较大,很难被应用到组织工程、临床医药等领域,因此需要开发出一些材料,能够代替人体部分组织结构,并且具有智能响应性,以达到仿生的目的。基于此种需求,论文阐述了一种高强度、快速自修复的纳米复合水凝胶。这种水凝胶主要是基于Au-S配位作用,将含有不饱和碳碳双键的小机小分子BACA修饰在TiO_2@Au纳米复合物表面并作为大交联剂,在反应单体、引发剂和催化剂的存在下发生原位自由基聚合反应制备了具有光诱导自修复性、高强度纳米复合水凝胶。鉴于纳米复合物交联剂在溶液中的均匀分散以及不饱和碳碳双键在复合物表面的多重吸附,纳米复合水凝胶显现出均匀、致密的聚合物网络,同时,相对于普通有机小分子作交联剂,该凝胶的拉伸应变和断裂强度分别提高了2倍和21倍,力学性能明显改善。鉴于网络交联点TiO_2@Au在紫外光和可见光下优异的光催化性能、Au纳米颗粒的光热性能以及Au-S配位键的热不稳定性,该凝胶在紫外、可见以及近红外光下显现出高效、快速的自修复行为。这些优异的性能极大的拓展了水凝胶的应用范围,使其在组织工程、生物医药、仿生研究等领域具有较高的应用价值。


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