预引入结构调控水凝胶溶胀起皱图案的研究

摘要

水凝胶材料是一种广泛应用于生活中各个领域的亲水材料。亲水性水凝胶在水中会发生溶胀导致体积明显增加。当凝胶被固定到某一特定基底时，凝胶只能在垂直基底的方向上溶胀，水凝胶水平方向上产生双轴压应力，当压应力达到一定程度，超过了能够形成褶皱的临界压应力时，水凝胶表层就会发生形变，从而产生褶皱、折痕等现象，凝胶溶胀度越大，压应力越大最终形成的褶皱也越明显越剧烈。水凝胶溶胀诱导自发形成表面褶皱具有一定的立体结构，而且一些凝胶拥有生物相容性、独特的粘弹性和各种刺激响应性，这些特性使水凝胶的褶皱在多种领域，如细胞培养、生物传感、微流体制造等方面有很高的利用价值。为了更好的利用水凝胶褶皱，我们希望能够得到一种有效的控制褶皱形成的方法，然而，目前能够达到这一目的的却寥寥无几。
　　本文运用特定图案掩膜来指导透光位置从而使光固化过程中预先引入特定线条结构，通过这一预引入的线条作为缺陷来诱发褶皱按预定形貌生成。普通均匀的凝胶膜溶胀后生成无规表面图案，而预先引入线条结构的凝胶膜则生成长程有序的六边形褶皱，且褶皱范围仅受掩膜范围控制，可以大面积制作。由掩膜预先引入的线条结构在凝胶表面形貌形成的过程中可以作为“缺陷”来决定最终褶皱的位置并使褶皱规整排列从而更好的控制最终膜表面形貌。预先引入的线条结构与周边的差异要足够大才能达到控制褶皱的目的，只有当预图案的特征周期与凝胶膜的固有周期相匹配时，凝胶膜表面才能形成完美的六边形图案的褶皱。除此之外，本文还对各种不同形状的掩膜进行实验，实验发现只要褶皱周期与预引入结构周期相匹配，且单位图形边界的角度足够大，都能够形成带有特定形状褶皱的凝胶膜。这种带有规整的特定表面形貌的凝胶膜在许多领域可以得到更广泛的应用。

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第一章 绪论

第一节水凝胶

第二节 水凝胶的溶胀

第三节 水凝胶的溶胀起皱

第四节 水凝胶表面有序褶皱的研究现状

第五节 选题依据

第二章 预引入结构调控P(AAm-AAc)水凝胶膜的有序起皱

第一节 前言

第二节实验部分

2.2.1 实验原料

2.2.2 实验仪器和设备

2.2.3 水凝胶膜的制备

2.2.4 水凝胶的表征手段

第三节结果与讨论

2.3.1 水凝胶溶胀的影响因素

2.3.2 掩膜对凝胶膜的影响

2.3.3不同掩膜下褶皱的状态

2.3.4膜表面模量分析

第四节 本章小结

第三章 P(HEMA-OEGMA)水凝胶膜的表面溶胀

第一节 前言

第二节 实验部分

3.2.1 实验原料

3.2.2 实验仪器和设备

3.2.3 水凝胶膜的制备

第三节 结果与讨论

3.3.1 无密度梯度凝胶膜的表面褶皱

3.3.2 密度梯度凝胶膜的表面褶皱

第四节 本章小结

第四章 全文结论

参考文献

致谢

个人简历

在学期间发表的学术论文与研究成果