磁响应智能水凝胶的制备及性能研究

摘要

智能水凝胶面对外界物理或化学刺激（如磁场、电场、温度、pH、和光等）时，拥有传统材料所不具备的特殊应激性能。磁性水凝胶是指对磁场或磁性作用具有特殊响应特性的智能水凝胶。相比其他传统刺激（如pH和温度）敏感材料，磁响应水凝胶可能更加适用于药物释放、生物医学装置等领域的应用，因为磁性作用是一种无接触作用，容易操作和控制。本文制备磁响应的智能水凝胶，并对其力学性能、磁性能、溶胀性能进行探讨，为拓展水凝胶的应用范围提供了可能。论文研究的主要内容和结果如下:
　　 1.通过碱性共沉淀技术来制磁性纳米γ-Fe2O3颗粒，加入表面改性剂四甲基氢氧化铵(TMAH)来表面修饰。然后将磁性γ-Fe2O3纳米颗粒溶液散于可聚合单体丙烯酰胺(AM)溶液中，并引发溶液聚合，制备磁性水凝胶。探讨该凝胶的溶胀动力学过程，其平衡溶胀度SW可达15以上，溶胀吸水过程遵循Fickian扩散;力学测试实验表明，拉伸强度达60 kPa，压缩强度普遍在0.65-0.70 MPa;磁性能实验表明该磁性凝胶具有一定磁性。
　　 2.采用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(TPM)对磁性纳米Fe2O3颗粒进行表面修饰，接枝上双键。接着与单体丙烯酰胺混合，加入引发剂来制备磁性水凝胶TPM-FH。凝胶溶胀实验表明，该凝胶的平衡溶胀度SW可达45-60，该凝胶的溶胀吸水过程不遵循Fickian扩散，符合Schott经验公式;力学测试实验表明，压缩强度普遍在0.80-0.92 MPa;磁性能实验表明该磁性凝胶具有一定磁性。
　　 3.以磁性Pickering乳液为交联剂，制备了一种新型的聚丙烯酰胺复合水凝胶。与传统的水凝胶相比，该水凝胶具有优异的力学性能和溶胀性能，最大拉伸伸长率可以达2500-3000％，拉伸强度为125-168kPa，压缩强度可达17-18.5 MPa，应变至90％，在撤去应力后，凝胶可以较快的恢复初始态，实验完毕凝胶未受损，展示良好的形变恢复性能;溶胀实验表明，该凝胶的平衡溶胀度SW可达75-130，该凝胶的溶胀吸水过程不遵循Fickian扩散，符合Schott经验公式;利用乳液形成过程中磁性纳米Fe2O3颗粒的自组装，将磁性粒子引入水凝胶网络，制备的水凝胶具有良好磁响应性能。

目录

声明

摘要

第1章 前言

1．1 水凝胶的定义和性质

1．2 水凝胶的分类

1．2．1 pH敏感型水凝胶

1．2．2 温度敏感性水凝胶

1．2．3 电场敏感性水凝胶

1．2．4 光敏感性水凝胶

1．2．5 化学物质敏感型水凝胶

1．2．6 磁性水凝胶

1．3 水凝胶的应用

1．3．1 传感器

1．3．2 水凝胶阵列组格

1．3．3 流体控制和药物缓释

1．3．4 人工肌肉和神经修复

1．3．5 伤口愈合Wound Healing

1．4 水凝胶的合成

1．4．1 物理交联水凝胶

1．4．2 化学交联水凝胶

1．4．3 磁性水凝胶的合成

1．5 本文研究内容

第二章 基于物理混合法的磁响应水凝胶(MBA-MH)的制备及性能表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂

2．2．2 磁性Fe2O3纳米颗粒的制备

2．2．2 TMAH改性Fe2O3纳米颗粒

2．2．3 磁性凝胶(MBA-MH)的制备

2．2．4 测试与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 纳米Fe2O3颗粒的表征

2．3．2 四甲基亲氧化铵改性Fe2O3纳米颗粒及红外表征

2．3．3 水凝胶的溶胀性能分析

2．3．3 水凝胶的力学性能分析

2．3．4 水凝胶的磁性能分析

2．4 本章小结

第三章 纳米颗粒交联磁响应水凝胶(TPM-MH)的制备及性能表征

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂

3．2．2 磁性Fe2O3纳米颗粒的制备

3．2．2 TPM改性Fe2O3颗粒

3．2．3 磁性凝胶(TPM-MH)的制备

3．2．4 测试与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 纳米Fe2O3颗粒的表征

3．3．2 TPM改性Fe2O3纳米颗粒及红外表征

3．3．2 水凝胶的溶胀性能分析

3．3．4 水凝胶的压缩性能分析

3．3．5 水凝胶的磁性能分析

3．4 本章小结

第四章 Pickering乳液复合磁响应水凝胶

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂

4．2．2 磁性Fe2O3纳米颗粒的合成

4．2．3 磁性Pickering emulsion的合成

4．2．4 基于磁性Pickering emulsion的磁性水凝胶(PEM-MH)的合成

4．2．5 测试与表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 纳米Fe2O3颗粒的表征

4．3．2 Pickering乳液的分析与表征

4．3．3 凝胶的合成及红外光谱分析

4．3．4 水凝胶的结构分析

4．3．5 水凝胶溶胀性能及溶胀模型分析

4．3．6 水凝胶力学性能分析

4．3．7 水凝胶的磁性

4．4 本章小结

第5章 结论

致谢

参考文献

附录：硕士期间研究成果