智能高分子材料智能高分子材料研究进展研究进展

主要内容主要内容

智能高分子材料概述智能高分子材料的分类及应用展望

智能材料

智能金属材料

智能无机非金属材料

智能高分子材料

多水平结构层次

较弱的分子间作用力

侧链易引入官能团

便于分子设计和精细控制

质轻易涂覆

优 点

集感知、驱动和信息处理于一体，形成类似生物材料那样具有智能属性的高分子材料

利于感知判断环境实现环境响应

智能高分子材料的一般分类及应用智能高分子材料的一般分类及应用类别 性质 应用

记忆功能高分子材料

对应力形状体积色泽等有记忆效应

医用材料包装材料织物材料热收缩管

智能纤维织物 聚乙二醇与各种纤维共混物

热适应性 可逆收缩性

服装 保温系统传感 / 执行系统

生物医用压力绷带

智能高分子凝胶 三维高分子网络与溶剂组成的体系

体积相转变

组织培养环境工程

化学机械系统调光材料

智能药物释放体系智能高分子复合材料 集成传感器、信息处

理器和功能驱动器

多学科交叉产物

自愈合，自应变，自动修补混凝土减震速造建筑材料

形状记忆合金与复合功能器件压电材料

智能高分子膜 选择性渗透、选择性吸附和分离等膜的组成、结构和形态的变化 -- 智能化

选择透过膜材传感膜材仿生膜材

人工肺

定义 体积相转变 制备 刺激响应性与分类 应用

智能高分子材料智能高分子材料 ---- 智能高分子凝胶

智能高分子凝胶

三维高分子网络与溶剂组成的体系

含有亲溶剂性基团，可被溶剂溶胀

最大的特点 : 体积相转变

智能高分子凝胶的体积相转变的体积相转变

内因： 范德华力、氢键、疏水作用及静电作用力 ---- 相互组合和竞争

溶胀相 收缩相

Robert, P. Advance in Colloid and Interface Sci , 2000 , 85 ,32 -33

外界环境因子的变化

体积不连续变化

　智能高分子凝胶的制备 起始原料： 单体 ( 水溶或油溶单体 ) 聚合物 ( 天然或合成聚合物 ) 单体和聚合物的混合物 两个前提 : 主链或侧链上带有大量的亲水基团 适当的交联网络结构 制备方法： 单体的交联聚合 接枝共聚 其它交联或转化等

化学引发剂

辐射技术引发单体

自由基均聚或共聚智能凝胶

烯烃类单体共价连接

天然高分子（淀粉纤维素）及衍生物

　智能高分子凝胶的刺激响应性与分类

pH 响应性凝胶 生化响应性凝胶 盐敏凝胶

温度响应性凝胶光响应性凝胶压力敏感性凝胶电场响应性凝胶

刺激响应性

物理刺激 化学刺激

温度

光

压力

电场

pH

生化

盐

化学、相分离、形状、表面、渗透性、机械强度光、电

刺激

响应

分类

智能高分子凝胶的应用 -- 调光材料 & 组织培养

高温白浊化

低温透明

调光材料

组织培养

细胞

溶胀收缩循环

R.,Yoshida. et al. Science and technology of Advanced materials, 2002, 3, 95-102

智能高分子凝胶的应用 -- 化学机械器件化学机械器件

自振动凝胶作成

毛状传动装置

Poly(NIPAAm-co-Ru(bpy)3)

循环提供的动力

智能高分子凝胶的应用 -- 智能药物释放系统

葡萄糖响应高分子配合物形成的胰岛素释放微囊

聚乙二醇

感知葡萄糖浓度 交换键合释放药物 患者的血糖浓度维持正常水平

释放机理

杨少华 . 化工新型材料， 2003 ， 31 ， 5-7.

刺激响应脉冲释放

A. Kikuchi, T. Okano. Advanced Drug Delivery Reviews, 2002, 54, 53 –77.

网孔的可控性

　凝胶用于污泥脱水过程

智能高分子凝胶的应用 -- 环境工程溶胀收缩循环

定义 反应过程 种类 应用

智能高分子材料智能高分子材料 ---- 记忆高分子材料

利用结晶或半结晶高分子材料经过辐射交联或化学交联后具有形状记忆效应

先决条件：高弹形变，分子构象 分类：热致感应型；光致感应型；电致感应型；化学感应型

记忆高分子材料应力记忆高分子材料

形状记忆高分子材料

体积记忆高分子材料

色泽记忆高分子材料

形状记忆高分子材料

A. Lendlein and S. Kelch. Angew. Chem. Int. Ed. 2002, 41, 2034 - 2057

热致形状记忆反应过程反应过程

T. Ohki et al. Composites: Part A 35 1066 ,2004, 1065–1073

热致形状记忆高分子种类

聚烯烃类： 耐高温 耐腐蚀场合

聚酯类：耐热 耐化学药品 - 医用

聚氨酯类：建筑 医学

热致形状记忆高分子的应用 1医疗器材 - 固定创伤部位的器材

医疗器材 - 手术缝合线

A., Lendlein and R, Robert L. Science, 2002, 296, 1673-1676.

热致形状记忆高分子的应用 2异径管接合材料 --- 热收缩管

●包装材料

●变形物的复原，如紧固铆钉等

热致形状记忆高分子的应用 3

展望展望

加快响应速率仿生化 以细胞作为蓝本 , 向生物体的多重功能逼近、功能上接近甚 至超过生物体组织

模糊化 刺激响应性不限于一一对应 , 判断 --依次发挥调节功能

1 Andreas, L. and Robert, L. Science, 2002, 296(31), 1673-1676.

2 T. Ohki, et al. Composites: Part A 35 1066, 2004, 1065-1073.

3 Ryo,Y. et al. Science and technology of Advanced materials, 2002, 3, 95-102.

4 Kwon, I. C. Nature, 1991, 354, 291 -293.

5 W. S. Cai, R. B. Gupta. Journal of App lied Polymer Science, 2002, 83, 169-178.

6 Robert, P. Advance in Colloid and Interface Sci, 2000, 85, 32 -33.

7 Andreas, L. and Steffen, K. Material Science Forum, 2005, 492, 219-224.

8 A. Lendlein and S. Kelch. Angew. Chem. Int. Ed. 2002, 41, 2034-2057.

9 He, H., et al. Journal of Controlled Release, 2004, 95, 391- 402.

10 A. Kikuchi, T. Okano. Advanced Drug Delivery Reviews, 2002, 54, 53-77.

11 Hideki, H., et al. Science and Technology of Advanced Materials, 2004, 5, 503-509.

12 Ipsita, R. Chemistry Biology, 2003, 10, 1161-1171.13 杨少华 . 化工新型材料， 2003, 31(9), 5-7.

参考文献参考文献