7-1 智能高分子合成材料概述在线视频

同学们好

欢迎来到高分子合成材料学课程

我是北京理工大学材料学院老师 戎宏盼

接下来 我为大家介绍第七章

智能高分子合成材料

这一章内容是建立在前六章内容的基础之上

又重点突出在智能二字

下面主要从五个小节介绍本章内容

第一节是概述

第二节是形状记忆高分子

第三节为智能高分子凝胶

第四节为智能高分子膜

最后介绍智能纺织品

既然重点突出在智能二字

那智能材料和普通材料有什么区别

如图所示

普通的结构和功能材料

一般是集性能和功能为一体

而智能材料在汇集了性质和功能的基础上

又增加了信息软件系统

也就是能感知外部刺激

能判断并适当处理且自身可执行的材料

此概念是由日本高木俊宜教授

1989年11月在日本科学技术厅

航空电子等技术评审会上提出的

同期美国在航空宇宙领域中

对传感功能和执行功能的适应性结构物的研究

也很活跃

因此人们逐渐将它们统称为

智能材料与智能系统

从这里我们可以看出

智能高分子材料是一个比较新的领域

到目前为止也就发展了30年

在功能材料基础上发展而来的智能材料

主要分为三大类

智能金属材料

智能无机非金属材料和智能高分子材料

由于我们这门课是高分子合成材料学

因此我们重点介绍第三种即智能高分子材料

智能高分子材料具有多水平的结构层次

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

以及质轻易涂覆等特点

因此利于感知判断环境

实现环境响应

智能高分子是指集感知

驱动和信息处理于一体

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

具有自检知 自判断

进而自行动的功能

自检知功能

实际上是传感器功能对应人体的感官功能

指特定材料

对超出某强度值的刺激因素的敏感性

这些刺激因素包括

温度 应力 电磁场等

自诊断相当于逻辑处理器的功能

对应人体的大脑功能

本质上是材料刺激响应特性的

微观或亚微观机制

自行动又称自响应功能

对应人体的肌肉动作以及声带发声等行动功能

指材料在受到刺激后做出相应的能力

相当于制动器功能

自行动功能又可分为自预警

自适应和自执行三种类型

自预警即信号功能

当材料有损伤

或外界刺激因素的强度超过某阈值时

材料会发出如变色

发热 声波 电磁异常等信号

自适应功能

指材料可通过自身内部结构的调整

来适应刺激因素的变化

如自修复就是一种自适应功能

当材料产生裂缝时

其内部可渗透出某种物质填充裂缝并固化

从而抑制材料损伤的进一步发展

自执行功能

指材料受刺激因素

作用后可完成一定的机械动作等

如形状记忆高分子的变形

体积变化等

智能高分子材料主要分为五种

分别是记忆功能高分子材料

智能高分子凝胶

智能高分子膜

智能纤维织物和智能高分子复合材料

它们的性质和应用领域见表格

它们之间没有明显的界限

比如形状记忆高分子与磁性材料结合

也算是一种复合材料

但也可以叫它

磁响应形状记忆高分子

再比如有些智能高分子膜正是由于结合了凝胶

才能显现其智能开关膜的作用

由于智能高分子复合材料范围过于广

本课程不再重点介绍

而是以介绍前四种材料为主

在详细介绍之前

可以先简要了解一下它们各自的主要特点

记忆功能高分子材料对应力

形状 体积 色泽等有记忆效应

主要应用于医用 包装

织物材料以及热收缩管

智能高分子凝胶

具有三维高分子网络与溶剂组成的体系

会发生体积相转变

主要用于组织培养

环境工程

化学机械系统

调光系统以及智能药物释放系统

智能高分子膜可以选择性渗透物质

也可以选择性吸附和分离物质

膜的组成 结构和形态均可调

因此常被用作选择透过 传感和仿生膜材

比如人工肺就属于一种智能高分子膜

智能纤维织物具有热适应性以及可逆收缩性

因此用于服装 保温系统

传感 执行系统以及生物医用压力绷带

智能高分子复合材料是将高分子和金属

以及非金属无机材料复合形成的一类智能材料

是多学科交叉的产物

例如具有自愈合

自应变

自修补功能的混凝土

减震速造建筑材料

由形状记忆合金

和高分子组成的复合功能器件等

好 今天的内容就到这里

同学们再见