电场响应光子晶体

光子晶体是一种介电常数周期变化、具有光子带隙、对光路可控的新型功能材料。将对外界刺激敏感性材料引入光子晶体空隙就得到可响应光子晶体。电场响应光子晶体是由电活性材料与光子晶体结构相结合所得,可以应用于反射型彩色显示并表现出其他显示技术所没有的独特优点。本文重点介绍了电场响应光子晶体器件的结构和响应机理,并按照引入电活性材料的不同将电场响应光子晶体分为基于液晶、聚电解质水凝胶、金属有机聚合物凝胶、导电聚合物以及核壳式电场响应光子晶体,总结了近几年各类电场响应光子晶体的研究进展,提出了在反射型彩色显示器件方面的应用以及存在的问题和展望。     

离子型电活性聚合物驱动器的研究进展

近年来软驱动材料在可穿戴设备、医疗健康器件、软体机器人等领域中的重要应用引起了学术界和工业界的关注。在软驱动材料中,电活性聚合物材料(EAP)是一种在电场刺激下能够改变形状或尺寸的软驱动材料,可分为电子型和离子型EAP。与电子型EAP相比,离子型电活性聚合物(IEAP)驱动器因具有较低驱动电压,在医疗器械和可穿戴设备上具有显著的应用优势。近年来,随着电极材料和离子液体基聚合物凝胶电解质材料的发展,大大改善了传统IEAP驱动器的响应速度慢、大气中的耐久性差、电致变形和应力小等缺点。本综述中,我们较全面地总结了IEAP材料的类型以及其研究进展,包括基于离子聚合物-金属复合材料(IPMC)、导电聚合物材料(CP)、巴基凝胶(Bucky-gel)材料和离子凝胶(IG)材料等。此外,还总结了不同类型IEAP驱动器的机电耦合机制、性能和应用进展并讨论了IEAP驱动器未来发展趋势和面对的挑战。     

液晶弹性体刺激形变研究

开发可以通过外部刺激产生机械形变的人工致动材料是一个近年来的研究热点。其中,液晶弹性体因结合了聚合物网络的橡胶弹性和液晶的有序性而具有独特的性质,在热、光、电等的外界刺激下可以产生可逆的形状记忆效应。本文综述了液晶弹性体响应多种外界刺激产生各种形变的行为,主要介绍了有关热致形变液晶弹性体、电致形变液晶弹性体、化学刺激导致形变的液晶弹性体及光致形变液晶弹性体的研究进展,阐述了各类液晶弹性体产生形变的机理包括热致、电致和光致相转变,讨论了影响其响应性能的主要因素,并展望了这一领域的发展前景。     

介电弹性体致动器的结构设计及应用

介电弹性体作为一种新型的电活性高分子聚合物,当受到电场的激励时会产生变形,撤销电场后能够恢复原状,具有将电能直接转换为机械能的特点。通过将其设计成具有不同结构的致动器,能够提高变形能力,并且满足不同的应用需求。本文介绍了介电弹性体致动器的致动机理,阐明了它们是能够以直线方式产生运动的线性致动器,在此基础上可设计出不同结构的致动器,主要归纳了各种介电弹性体致动器,从它们的性能特征、加工技术和潜在应用等方面进行了讨论。     

纳米TiO_2/硅橡胶复合材料的制备及研究

介电弹性体是一种通过在其两端施加电压就能够获得变形的材料。硅橡胶类介电弹性体因变形响应速度快、可自由制备、温度适用范围广等优点而备受关注,但是因介电常数较低、激发电场强度较高、电致变形较小等缺点制约了其发展。针对这些问题,本文以液体硅橡胶为基体,以纳米TiO_2为填料,通过溶液混合法制备了纳米TiO_2/硅橡胶复合材料,并对其介电性能、电致变形性能进行测试。结果表明,通过在聚合物基体中添加纳米TiO_2,提高了其介电常数,降低了介电损耗,能够获得较大的电致变形。     

近红外光响应液晶弹性体

刺激-响应液晶弹性体是一类新兴的智能聚合物材料,其在外界刺激(热、光、电、磁场等)下会产生大尺寸的可逆形变,因此具有广阔的应用前景。由于单轴取向的液晶基元的微观顺序或分子结构的变化,整个液晶弹性体材料在液晶相向各向同性相转变过程中可以发生非常大的可逆宏观形变。其中,由于近红外光的强穿透力和对生物组织的低毒性,近红外光响应液晶弹性体受到了科学家们的广泛关注。近红外光响应液晶弹性的变形机制主要分为两大类。一种是通过掺杂无机或有机上转换材料将近红外光转化为低波长的光,激发偶氮苯发生顺反异构化。另一种近红外光响应液晶弹性体利用导热填料的光热效应将光转化为热,从而进一步诱导液晶相向各向同性相转变,从而使液晶弹性体材料发生形变。这些优点使近红外光响应液晶弹性体具有潜在的应用价值,如驱动器、人造器官、智能表面和微型机器人等。本文综述了近红外激光响应材料的研究进展,详细介绍了近红外光响应材料的主要变形机理及其应用,并对近红外光响应液晶弹性体和软驱动器的发展前景进行了展望。     

刺激响应降解型聚合物水凝胶

作为一类重要的高分子材料,聚合物水凝胶由于其优良的理化性能和生物学特性而被广泛应用于生物医药领域,降解特性是其作为生物医用材料的重要性能指标。刺激响应降解型水凝胶是指在环境因素刺激下凝胶网络发生响应性断裂,进而产生凝胶-溶胶或溶胀-降解转变的一类智能高分子材料。这一响应降解特性可通过将环境敏感性断裂基团引入到聚合物凝胶网络中来实现。与水凝胶常规的水解、酶解相比,刺激响应降解因具有空间或时间上的可控特性而引起人们的广泛关注。本文重点介绍了pH响应、光响应以及氧化还原响应降解型聚合物水凝胶的设计方法、降解机理及其最新研究进展,并对刺激响应降解型水凝胶未来的研究方向进行了展望。     

石墨烯/聚合物纳米复合电流变材料

电流变智能流体在外电场刺激下能快速可逆地改变自身流变性能,具有重要技术应用价值.传统的基于微米颗粒的电流变流体易于沉降并且电致屈服强度不高限制了技术应用,最近基于纳米颗粒的非传统电流变材料研究受到重视,特别是具有各向异性形貌的纳米颗粒悬浮液被发现具有明显增强的电/磁流变效应.本文介绍了最近基于石墨烯的二维纳米复合电流变材料的研究进展,主要包括石墨烯/半导聚合物、石墨烯/极性聚合物、石墨烯/碳等几种典型的电流变材料的制备、结构和电流变行为.研究表明利用石墨烯独特的二维纳米结构、优异的电学和热学性质可能为制备新颖的高性能纳米电流变材料提供途径。     

刺激响应型功能聚合物的合成及应用

刺激响应型聚合物是一类功能性聚合物,它在药物控制释放、基因载体、纳米粒子以及纳米反应器等众多领域具有广阔的应用前景,因此引起了越来越多科学工作者的关注。刺激响应型聚合物多为双亲性聚合物,可通过自组装的方式得到形态各异的聚集体,如胶束、囊泡等。在受到某些外界环境刺激时,它们会产生特异性响应,尤其是功能性聚合物嵌段会发生相应的变化,从而引起整个聚合物结构的相转变和体积相转变。根据环境刺激种类的不同,刺激响应型聚合物可以分成不同类型,本文主要介绍了pH、温度、光、分子、电化学和手性等响应型聚合物,并概括了它们的结构特点以及不同的合成方法,简单说明了它们具有刺激响应功能的作用机理,阐述了结构与性能的联系。另外,还介绍了它们的潜在应用,并对此类聚合物的发展前景作了展望。     

光和温度刺激响应型材料*

刺激响应型材料是一类在环境因素刺激下,自身的某些物理或化学性质发生相应变化的材料。刺激因素包括光、温度、pH、离子强度、电场和磁场等。本文综述了近年来光和温度刺激响应型材料的研究进展,主要从光响应型水凝胶和光致变色材料的结构类型及应用概述了光响应型材料的发展;同时从温度响应型水凝胶、热致形状记忆材料和热敏变色材料几方面介绍了温度响应型材料的研究进展及应用,并展望了光和温度刺激响应型材料在多学科领域的应用前景。     

铁（Ⅱ）配位聚合物电致变色材料研究进展

电致变色是一种响应外部电刺激而发生颜色变化的现象,材料可以在不同的氧化还原状态之间进行可逆切换,从而在可见光或近红外区域产生新的吸收带。迄今为止,电致变色材料主要包括过渡金属氧化物、过渡金属配位聚合物、紫罗精、有机共轭聚合物等。过渡金属配位聚合物类电致变色材料兼具无机材料和有机材料的优点,具有广泛的应用前景。铁配位聚合物具有良好的氧化还原性质和丰富的电子跃迁,是一类性能优异的电致变色材料。本文综述了铁金属配位聚合物类电致变色材料的研究进展,主要从有机配体的臂形、种类和间隔基团等方面进行分类阐述。     

双向形状记忆结晶聚合物及其复合材料的研究进展

形状记忆聚合物是一种典型的智能材料,具有质轻、形变量大、可对多种刺激进行响应等优点.根据形状记忆过程的可逆性进行分类,形状记忆效应可以分为2种:单向与双向形状记忆效应.与不可逆的单向形状记忆过程相比,双向形状记忆过程是可逆的,样品不需要使用者进行再次变形,就可以在原始形状与临时形状之间进行可逆转换,因此其具有极高的实用价值与广阔的应用前景,受到各国研究人员的广泛关注,成为当前的研究热点之一.本文总结了近年来所研究的双向形状记忆结晶聚合物及其复合材料,包括恒外力条件下(外力≠0)的准双向形状记忆结晶聚合物,无外力条件下的双向形状记忆结晶聚合物及其复合材料.具体来说,前者包括在恒外力作用下的化学或物理交联的结晶聚合物.后者包括双层或核-壳聚合物复合材料、由分步交联得到的双网络交联结晶聚合物、化学交联的双组分结晶聚合物、具有较宽熔融转变的化学交联结晶聚合物与物理交联的结晶聚合物.重点关注了这些材料的制备方法、影响因素及相应的双向形状记忆机理,并对其研究前景进行了展望.     

纳米复合形状记忆聚合物

形状记忆聚合物(SMPs)是一种刺激响应型智能材料,在受到热、电、交变磁场、光、湿度或化学等外界刺激时,材料能够发生较大的可回复形变,在生物医用材料、航天航空、汽车、纺织等领域有广泛的应用。但SMPs强度和模量低,形状回复应力小,回复速度较慢等缺点限制了其应用,纳米复合可以克服SMPs的这些缺点。本文在介绍SMPs的基础理论基础上,从纳米改性的目的和激发方式出发,综述了不同纳米颗粒与SMPs的作用机理,并展望了纳米复合SMPs的研究和发展趋势。     

微胶囊填充型自修复聚合物及其复合材料

微胶囊填充型自修复聚合物及其复合材料是近年来高分子科学界的研究热点之一。本文介绍了含有微胶囊聚合物复合材料自修复的概念和机理,综述了近5年来针对不同基体材料的微胶囊自修复研究情况,包括环氧树脂、乙烯基酯树脂、纤维增强环氧树脂复合材料、弹性体以及聚甲基丙烯酸甲酯等基体材料。本文同时介绍了微胶囊的芯材和壁材、微胶囊的粒径、修复时间和压强等因素对复合材料自修复性能的影响,以及自修复效果的评价方法。最后对微胶囊填充型自修复聚合物及其复合材料的研究前景进行了展望。     

导电聚合物电致变色掺杂特征及表征参数

本文综述了电致显色材料的基本要求以及导电聚合物材料电致显色的机理、掺杂方式、掺杂特点。着重从电化学和紫外可见吸收光谱的角度阐述了电致显色材料的研究方法。通过改变电化学的过程,可获得一系列光谱特性,进而可得出导电聚合物掺杂和去掺杂过程对电致显色所产生的影响,为导电聚合物材料的改进和应用提供指导作用。最后,概述了目前电致显色材料研究的发展趋势。     

刺激响应型聚合物刷的研究进展

本文综述了刺激响应型聚合物刷的研究进展,阐述了刺激响应型聚合物刷的分类、与基体表面的连接方式以及常规制备方法,介绍了离子强度、温度、pH值、光、溶剂等刺激响应型聚合物刷及其研究现状,并对相应的刺激响应机理进行了探讨。此外,本文还综述了多重刺激响应型聚合物刷的制备设计思路及其刺激响应特性,概述了聚合物刷在响应外界刺激后对基体的弯曲作用以及利用该作用进行可控三维自组装,并对刺激响应型聚合物刷的应用前景进行了展望。     

光致变形型高分子材料

光致变形型高分子材料以光为激发源,在没有机械接触的情况下,能够快速改变尺寸和形状。本文介绍了光致变形的高分子凝胶、无定形高分子、液晶弹性体和光致形状记忆高分子材料,并对各种材料的光致变形机理进行解释。无定形高分子的光致变形较小,目前研究重点是具有各向异性的液晶弹性体。文中着重介绍了具有偶氮苯介晶基元的液晶弹性体的光致变形研究,在光照下这类材料只要有1%的偶氮苯介晶基元发生顺反异构,就会发生光致变形。     

刺激响应型石墨烯材料的研究新进展

石墨烯是一种具有六角型蜂巢状晶格的二维碳纳米材料,它由碳原子以sp2电子轨道杂化形成,它的高比表面积以及优良的力学、电学、光学和热学性能使它成为智能材料的基本构筑单元。利用具备特定功能的聚合物、小分子或者纳米粒子对石墨烯进行修饰或者杂化,得到具备相应刺激响应性能的石墨烯材料,与传统的刺激响应型高分子材料相比,它具备更佳的力学性能以及更好的环境稳定性,有望在致动器、传感器、自愈合材料、光热治疗以及可控药物输送等方面得到应用。本文简要概述了近年来利用对温度、pH、电、光以及有机分子等刺激响应的聚合物和小分子化合物对石墨烯进行修饰,并赋予其智能响应特性的方法以及相关应用研究,分析了现有智能响应石墨烯材料的不足,展望了其未来的应用前景以及发展方向。     

聚乙烯醇基聚合物材料在多元驱动方式下的形状记忆行为

形状记忆聚合物（SMPs）是近些年发展起来的一种环境响应型智能材料。在外界刺激驱动下分子内或分子间会发生物化变化,分子结构和形态的改变使形变后的材料在宏观上回复到起始形态。常见的SMPs有聚乙烯、聚氨酯、聚己内酯等,而聚乙烯醇（PVA）的形状记忆效应是在热致型形状记忆凝胶被发现以来才引起人们关注的。由于PVA侧链富含大量羟基,化学活性高、易与官能团进行功能化改性,因此可设计出满足不同驱动方式的分子结构。目前研究者已采用冻融循环、化学或辐射交联、接枝改性及共混复合等多种方法制备了多种刺激源（如温度,溶剂、光、电、微波及超声波等）驱动下的形状记忆聚乙烯醇（SM-PVA）、PVA衍生物及复合材料。本文综述了近年来不同刺激源驱动下SM-PVA的研究进展,阐述了不同材料的结构性能、回复机理及存在的问题,并展望了PVA在该领域的发展和应用前景。     

介电弹性体的研究进展

介电弹性体是一类在外加电场激励下可以发生形变,进行能量转换的新型纺织材料,属于电活性聚合物,电活性聚合物有电子型和离子型之分。介电弹性体在柔性驱动器的设计研究中有很广阔的应用前景,但是目前还存在很多技术难点,在弹性体基体材料构成、柔性电极材料优化,能量收集等方面仍然需更深入的研究。本文在明晰了介电弹性体的工作原理及分类后,对其在电极、预拉伸、温度和能量收集等方面进行了归纳总结,并对其应用前景进行了展望。