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智能高分子 8-1 概述 表8-1智能材料的分类 8.1.2 智能高分子材料 智能高分子定义： 智能高分子是一类当受到外界环境的物理、化学乃至生物信号变化刺激时，其某些物理或化学性质会发生突变的高分子。 （1）智能高分子凝胶 智能高分子凝胶是一种三维高分子网络和溶剂组成的体系。这类高分子凝胶材料可随环境的变化而产生可逆的、非连续的体积变化。 根据溶胀剂不同两类：高分子水凝胶 高分子有机凝胶 （2）形状记忆高分子材料 形状记忆高分子材料是具有形状记忆效应的一类新型智能高分子材料。 （3）智能织物 具有智能性的织物。防水透湿、温度调节、形状记忆、颜色变化等。 (4)智能高分子膜 这类一类用高分子凝胶制成的膜，能实现可逆变形，并能承受一定的压力。它的智能化是通过膜的组成、结构和形态来实现的。 (5)智能高分子复合材料 ◆ 新的高分子复合材料具有自愈合、自应变等功能。在航空领域，用复合材料制成的贴在机翼上的“智能皮”，能取代飞机起飞、转向、降落所必须的尾翼和各襟翼。 8-2 智能高分子凝胶 本节内容提要 智能高分子凝胶是什么？ 实现智能的机理是什么？ 介绍各种环境响应性的高分子凝胶 凝胶及高分子凝胶 凝胶及凝胶现象在大自然中普遍存在。自然界的一些生物（如海参等）的原始器官主要为水凝胶，它能够对外界的刺激迅速做出响应，是柔软的躯体瞬间变得僵硬，或部分体壁变为粘性物质。 智能高分子凝胶是其结构、物理性质、化学性质可以随外界环境改变而变化的高分子凝胶。当这种凝胶受到环境刺激时，其结构和特性（主要是体积）会随之响应。例如当溶剂的组成、PH值、离子强度、温度、光强度和电场等刺激信号发生变化时，或受到特异的化学物质的刺激时，凝胶的体积会发生突变，呈现体积相转变行为（溶胀相-收缩相）。 体积相转变的发现 1978年，美国麻省理工学院的田中丰一发现，轻度离子化的聚丙烯酰胺在水-丙酮溶液中具有体积相转变现象，由此人们开始了凝胶的体积相转变及与之相关的临界现象的研究。研究发现，温度、溶剂组成、pH值、离子强度等因素均可诱发非连续的体积相转变。 在众多天然和合成高分子凝胶中，聚异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）是研究的最详细的敏感高分子。交联的聚异丙基丙烯酰胺，低温在水中溶胀，升温到32度左右急剧凝聚析出，转变前后亲水性和疏水性变化很大。 PNIPAM的合成 1.线形PNIPAM的合成 线型PNIPAm的合成可采用传统的聚合方法:本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合、以及乳液聚合。一般来说，溶液聚合方便易行。 引发剂：以过氧化苯甲酰、过氧化乙酸等过氧化物，偶氮二异丁腈等偶氮化合物为自由基聚合引发剂，其用量占总量的0.001%~2%为宜。 溶剂：所用溶剂一般只要能溶解单体即可，如水、醇类、醚、丙酮、四氢呋喃、氯仿、苯等，可单独亦可混合使用，无特别限制，浓度在1%一80%之间。 近年来，电离辐射技术在PNIPAm的合成中也得到了应用，用射线辐射聚合的方法在水溶液、PBS缓冲溶液(pH=7.4)和有机溶液(THF)中合成聚N一异丙基丙烯酰胺已经可以实现。 2.PNIPAM水凝胶的制备 制备PNIPAM水凝胶的传统方法是便用引发剂和交联剂以实现NIPAM单体的引发、聚合和交联。不使用交联剂，通过紫外线、放射线、电子射线、等离子体等活性射线进行引发交联，也可以得到PNIPAM水凝胶。 根据平均场理论，凝胶是否发生不连续的体积相转变（S290发生），有一个简单的判据()： 8.2.2 高分子凝胶的溶胀与刺激响应 高分子凝胶最大的特点是其在受到外界刺激时体积的变化时不连续的。根据高分子凝胶受刺激信号的不同，可分为不同类型的刺激响应性凝胶。 温敏性凝胶 温敏性凝胶是其体积随温度变化的高分子凝胶，分为高温收缩性凝胶和低温收缩性凝胶两类。 温敏性凝胶应用 PH敏感性凝胶 PH敏感性凝胶是其体积能随环境的PH值的变化而变化的高分子凝胶。这类凝胶通过交联形成大分子网络。网络中具有可解离的基团，如弱酸性基团和碱性基团。其网络结构和电荷密度随PH的变化而变化，并对凝胶网络的渗透压产生 影响，导致凝胶的体积发生不连续变 化。也就是说，当PH值发生变化时， 水凝胶体积随之变化。 电活性凝胶 对电场作用具有响应的凝胶称为电活性凝胶。大部分高分子凝胶的网络上都带有电荷。如果将一块高度吸水膨胀的高分子水凝胶放在一对电极之间，然后加上适当的直流电压，凝胶将会收缩并放出水分。高分子的这种电收缩效应，实际上反应了一个将电能转