项目名称: 双智能凝胶材料的可控构建及其温敏与自修复协同机制

项目编号: No.21506038

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 有机化学

项目作者: 朱东雨

作者单位: 广东工业大学

项目金额: 21万元

中文摘要: 针对智能材料朝向多智能化和高性能化方向发展的需要,本项目以温敏性聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)为研究对象的,采用β-环糊精(β-CD)和金刚烷(Ad)的主客体自组装的方法,结合框架化学的设计理念,设计并制备可控的多支星型低聚物金刚烷 “结”和双支线型低聚物β-环糊精 “杆”,进而以这两种基本单元构筑兼具温敏和自修复功能的双智能水凝胶。利用凝胶网络中均匀分布的超分子物理连接点,温敏性水凝胶被赋予仿生自修复的功能,并且借助温敏性的协同作用,该自修复水凝胶可实现不仅微裂纹而且宏观大裂纹的自动自修复。通过深入研究该双智能水凝胶的可控构建及结构与其温敏性、力学性能和自修复性能的构效关系,并重点研究该双智能水凝胶的温敏性与自修复性能的协同机制及自修复强化原理,本项目最终为发展具有快速的环境敏感性、优异的机械性能和宏观大裂纹自修复功能的双智能软材料及双智能性间的协同与强化提供系统的指导与借鉴。

中文关键词: 自修复性;温敏性;智能材料;协同机制;水凝胶

英文摘要: Aimed at the demand of multi-intelligence and high performance of smart materials, this project takes temperature-sensitive poly (N-isopropyl acrylamide) (PNIPAM) as the research object. Base on the method of host-guest self-assembly between β-cyclodextrin (β-CD) and adamantane (Ad) and the design concept of reticular chemistry, controllable Ad-ended multi branched star-type oligomer knot and β-CD-ended double branched line-type oligomer rod are designed and prepared to construct dual-intelligent hydrogel of both temperature-sensitivity and self-healability. Taking advantage of the even-distributed physical join points, the temperature-sensitive hydrogel can be endowed biomimetic self-repairing function, more importantly, in virtue of the cooperative action of temperature-sensitivity, the self-healable hydrogel can even realize automatic self-healing of not only micro-cracks but also macroscopical large cracks. By intensive studying of the controllable construction and structure-activity relationship between structure and temperature-sensitivity, mechanical property and self-healing performance for the dual-intelligent hydrogels, and key researching of the coordination mechanism between temperature-sensitivity and self-healing performance and self-healing enhancing principle, this project will ultimately contribute to provide systematical guide and reference for development of dual-intelligent soft materials with fast environmental-response, excellent mechanical property and macroscopical large crack self-healability, as well as for coordination and enhancement of dual intelligences.

英文关键词: self-healablility;temperature-sensitivity; intelligent materials;coordination mechanism;hydrogels

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智能材料(Smart Materials或Intelligent Materials),又称为响应材料或敏感材料,由日本高木俊宜于1989年首次提出,是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料。智能材料是具有一种或多种特性的合成材料,这些特性可以通过外部刺激以受控方式显著改变,例如应力、温度 、湿度、声音、电磁场、光照或化学物质等。外部刺激发生后,材料体可进行一定程度的响应,产生分析、处理、判断等智能行为。简而言之,智能材料是对刺激和环境变化做出反应,并根据变化激活其功能的材料。智能材料具有传感、反馈、信息识别与存储、响应等功能,这些特性使其成为许多应用的基础,是现代高技术新材料发展的重要方向之一,其成功研制和大规模应用将加速推动各行业各领域向高度智能化方向发展。
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