導(dǎo)電高分子材料的研究進(jìn)展精選(九篇)

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第1篇：導(dǎo)電高分子材料的研究進(jìn)展范文

關(guān)鍵詞：高分子材料；功能；研究現(xiàn)狀；發(fā)展前景

前言

在我們的日常生活中，材料隨處可見(jiàn)，材料的發(fā)展水平直接影響我們的生活質(zhì)量。高分子材料在我們?nèi)粘Ｉ畹膽?yīng)用中擁有很多的優(yōu)勢(shì)，與現(xiàn)代化生產(chǎn)非常吻合，同時(shí)它也產(chǎn)生了很高的經(jīng)濟(jì)效益等，因此它在工業(yè)上發(fā)展的十分迅速。在過(guò)去，20世紀(jì)60年展起來(lái)的功能高分子材料是屬于那時(shí)的一個(gè)新興領(lǐng)域，這個(gè)新興領(lǐng)域同時(shí)滲透到能源和電子以及生物三大領(lǐng)等。而如今，21世紀(jì)的科技不斷創(chuàng)新，也有了新型有機(jī)功能高分子材料，它們?cè)谌藗兊纳a(chǎn)和生活中扮演著一個(gè)越來(lái)越重要的角色。

1 功能高分子材料的定義

功能高分子材料是指同時(shí)兼顧有兩種性能的復(fù)合高分子材料，性能一：傳統(tǒng)高分子材料的所體現(xiàn)出來(lái)的性能，性能二：某些特殊功能的基團(tuán)所體現(xiàn)出來(lái)的性能。一般說(shuō)來(lái)，具有傳遞信息、轉(zhuǎn)化能量和貯存物質(zhì)作用的高分子及其復(fù)合材料為功能高分子材料，或者還可以理解為具有能量轉(zhuǎn)換的特性、催化特性、化學(xué)反應(yīng)活性、磁性、光敏特性、藥理性、導(dǎo)電特性、生物相容性、選擇分離性等功能的高分子及其復(fù)合材料，同時(shí)還具有原有力學(xué)性能的基礎(chǔ)。

2 功能高分子材料的工程實(shí)際應(yīng)用

目前，在工程上應(yīng)用較廣泛而且具有重要應(yīng)用價(jià)值的一些功能高分子材料主要分為以下幾種：光功能高分子、液晶高分子、電功能高分子、吸附分離功能高分子、反應(yīng)型功能高分子、醫(yī)用功能高分子、環(huán)境降解功能高分子、高分子功能膜材料等。下文中具體從這幾方面闡述：

（1）光功能高分子材料。指在光的作用下能夠產(chǎn)生物理變化，如光導(dǎo)電、光致變色或者化學(xué)變化，如光交聯(lián)、光分解的高分子材料，或者在物理或化學(xué)作用下表現(xiàn)出光特性的高分子材料。光功能高分子材料主要應(yīng)用在電子工業(yè)和太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用等方面。

（2）液晶高分子材料。液晶高分子是一種新型的功能高分子材料，它是分子水平的微觀復(fù)合，由纖維與樹(shù)脂基體在宏觀上的復(fù)合衍生而來(lái)，也可以理解為在柔性高分子基體中以接近分子水平的分散程度分散增強(qiáng)劑（剛性高分子鏈或微纖維）的復(fù)合材料。強(qiáng)度高、模量大是液晶高分子材料的主要特點(diǎn)，它在復(fù)合材料、纖維和液晶顯示技術(shù)等方面的應(yīng)用非常廣泛。

（3）電功能高分子材料。電功能高分子材料主要表現(xiàn)為在特定條件下表現(xiàn)出各種電學(xué)性質(zhì)，如熱電、壓電、鐵電、光電、介電和導(dǎo)電等性質(zhì)。根據(jù)其功能劃分，主要包括導(dǎo)電高分子材料、電絕緣性高分子材料、高分子介電材料、高分子駐極體、高分子光導(dǎo)材料、高分子電活性材料等。同時(shí)根據(jù)其組成情況可以分成結(jié)構(gòu)型電功能材料和復(fù)合電功能材料兩類。電功能高分子材料在電子器件、敏感器件、靜電復(fù)印和特殊用途電池生產(chǎn)方面有廣泛應(yīng)用。

（4）吸附分離高分子材料。吸附分離功能高分子按吸附機(jī)理分為化學(xué)吸附劑、物理吸附劑、親和吸附劑，按樹(shù)脂形態(tài)分為無(wú)定形、球形、纖維狀，按孔結(jié)構(gòu)分為微孔、中孔、大孔、特大孔、均孔等，吸附分離功能高分子主要包括離子交換樹(shù)脂和吸附樹(shù)脂。

（5）反應(yīng)型功能高分子材料。反應(yīng)功能高分子是有化學(xué)活性、能夠參與或促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的一種高分子材料。它是將小分子反應(yīng)活性物質(zhì)通過(guò)共價(jià)鍵、離子鍵、配位鍵或物理吸附作用結(jié)合于高分子骨架，主要用于化學(xué)合成和化學(xué)反應(yīng)。

（6）醫(yī)用功能高分子材料。在生物體產(chǎn)生生理系統(tǒng)疾病時(shí)，一些特殊的功能高分子材料有對(duì)疾病的診斷、治療、修復(fù)或替換生物體組織或器官，增進(jìn)或恢復(fù)其功能的作用，此類特殊的功能高分子材料稱為醫(yī)用功能高分子材料。一般來(lái)說(shuō)，醫(yī)用功能高分子材料多用于對(duì)生物體進(jìn)行疾病的診斷和疾病的治療以及修復(fù)或替換生物體組織或器官和合成或再生損傷組織或器官，具有延長(zhǎng)病人生命、提高病人生存質(zhì)量等作用，在醫(yī)療方面被廣泛應(yīng)用。

（7）環(huán)境降解高分子材料。高分子材料在發(fā)生降解反應(yīng)的條件有許多，如機(jī)械力的作用下發(fā)生的降解稱為機(jī)械降解，此外在化學(xué)試劑的作用下可發(fā)生化學(xué)降解，在氧的作用下可發(fā)生氧化降解，在熱的作用下可發(fā)生熱降解，在光的作用下可發(fā)生光降解，在生物的作用下可發(fā)生生物降解等。具有此類功能的高分子稱為環(huán)境降解高分子材料。

（8）高分子功能膜材料。高分子功能膜是一種具有選擇性透過(guò)能力的膜型材料，同時(shí)也是具有特殊功能的高分子材料，一般稱為分離膜或功能膜。使用功能膜分離物質(zhì)具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)：具有較好的選擇性透過(guò)性，透過(guò)產(chǎn)物和原產(chǎn)物位于膜的兩側(cè)，便于產(chǎn)物的收集；分離時(shí)不發(fā)生相變，同時(shí)也不耗費(fèi)相變能。從功能的角度，高分子分離膜具有識(shí)別物質(zhì)和分離物質(zhì)的功能，此外，它還有轉(zhuǎn)化物質(zhì)和轉(zhuǎn)化能量的其它功能。利用其在不同條件下顯出的特殊性質(zhì)，已經(jīng)在許多領(lǐng)域獲得應(yīng)用。

3 功能高分子材料的發(fā)展前景

人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)離不開(kāi)材料，材料的發(fā)展關(guān)系到社會(huì)發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)以及國(guó)家的安全，同時(shí)也是體現(xiàn)國(guó)家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。高新技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的基石離不開(kāi)高分子材料，國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)以及國(guó)家安全不可或缺的重要保證同樣也離不開(kāi)高分子材料。而功能高分子材料由于其優(yōu)越性，使得其在材料行業(yè)中發(fā)展迅速。

未來(lái)材料科學(xué)與工程技術(shù)領(lǐng)域研究的重要發(fā)展方向離不開(kāi)功能高分子材料，材料、信息和能源理所當(dāng)然的被評(píng)為新科技革命時(shí)代的三大根基，信息和能源發(fā)展離不開(kāi)材料領(lǐng)域中功能高分子材料作為它們物質(zhì)基礎(chǔ)所起到的重要作用，新型功能高分子材料的研究與發(fā)展主要取決于現(xiàn)代學(xué)科交叉程度高這一特點(diǎn)。在傳統(tǒng)的三大合成材料以外，陸陸續(xù)續(xù)又出現(xiàn)了具有光、電、磁等特殊功能的高分子材料以及功能高分子膜，同時(shí)也出現(xiàn)了生物高分子材料，隱身高分子材料等許多具有特殊功能的高分子材料，與此同時(shí)功能高分子材料的發(fā)展速度依然保持著加快的狀態(tài)，顯然它們對(duì)新技術(shù)革命影響非常之大。這些新型的功能高分子材料在我們的尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中扮演著越來(lái)越重要的角色，21世紀(jì)人類社會(huì)生活必將與功能高分子材料密切相關(guān)。

4 結(jié)束語(yǔ)

功能高分子材料是一門(mén)研究高分子材料變化規(guī)律以及實(shí)際應(yīng)用技術(shù)的一門(mén)學(xué)科，在高分子材料科學(xué)領(lǐng)域中的發(fā)展速度是最快的，同時(shí)也是與其它科學(xué)領(lǐng)域交叉最為密切的一個(gè)研究領(lǐng)域。它是以高分子物理、高分子化學(xué)等相關(guān)學(xué)科為基礎(chǔ)，同時(shí)與物理學(xué)和生物學(xué)以及醫(yī)學(xué)密切聯(lián)系的一門(mén)學(xué)科。因此學(xué)習(xí)這門(mén)學(xué)科能讓我們很好的將高分子學(xué)科的知識(shí)綜合運(yùn)用起來(lái)，進(jìn)而使我們對(duì)高分子學(xué)科有更深刻的認(rèn)識(shí)，讓我們受益匪淺。

參考文獻(xiàn)

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第2篇：導(dǎo)電高分子材料的研究進(jìn)展范文

【關(guān)鍵詞】形狀記憶；高分子材料；軍事應(yīng)用

1.形狀記憶高分子材料簡(jiǎn)介

形狀記憶高分子或形狀記憶聚合物（SMP，Shape Memory Polymer）作為一種功能性高分子材料，是高分子材料研究、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用的一個(gè)新分支。它是在一定條件下被賦予一定智能高分子材料的形狀（起始態(tài)），當(dāng)外部條件發(fā)生變化時(shí)，它可相應(yīng)地改變形狀，并將其固定（變形態(tài)）。如果外部環(huán)境發(fā)生變化，智能高分子材料能夠?qū)Νh(huán)境刺激產(chǎn)生應(yīng)答，其中環(huán)境刺激因素有溫度、pH值、離子、電場(chǎng)、溶劑、反以待定的方式和規(guī)律再一次發(fā)生變化，它便可逆地應(yīng)物、光或紫外線、應(yīng)力、識(shí)別和磁場(chǎng)等，對(duì)這些刺激恢復(fù)至起始態(tài)。至此，完成記憶起始態(tài)固定變形態(tài)恢復(fù)起始態(tài)的循環(huán)。

1989年 ，石田正雄認(rèn)為 ，具有形狀記憶性能的高分子可看作是兩相結(jié)構(gòu) ，即由記憶起始形狀的固定相和隨溫度變化能的可逆的固化和軟化的可逆相組成。可逆相為物理鉸鏈結(jié)構(gòu) ，而固定相可分為物理鉸鏈結(jié)構(gòu)和化學(xué)鉸鏈結(jié)構(gòu)，以物理鉸鏈結(jié)構(gòu)為固定相的稱為熱塑SMP，以化學(xué)鉸鏈結(jié)構(gòu)為固定相的稱為熱固性SMP。王詩(shī)任等認(rèn)為 ，形狀記憶高分子實(shí)際上是進(jìn)行物理交聯(lián)或化學(xué)交聯(lián)的高分子，其形狀記憶行為實(shí)質(zhì)上是高分子的粘彈性力學(xué)行為。他們根據(jù)高分子粘彈性理論建立了一套形狀記憶的數(shù)學(xué)模型。總結(jié)來(lái)說(shuō)，形狀記憶機(jī)理可分為：組織結(jié)構(gòu)機(jī)理、橡膠彈性理論、粘彈性理論。

2.軍事材料特殊性分析

未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)是高技術(shù)條件下的戰(zhàn)爭(zhēng)。不僅戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境變得更加惡劣復(fù)雜，各種類型的雷達(dá)，先進(jìn)探測(cè)器以及精確制導(dǎo)武器的問(wèn)世，對(duì)各類武器和裝備構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。因此，不僅軍事裝備的質(zhì)量要求一定可靠，而且，軍事裝備的再生性和快速制造能力也被提到了新的高度。

軍事裝備系統(tǒng)的可靠性（The Reliability of Armaments system）是指軍事裝備系統(tǒng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，預(yù)定的條件下，完成規(guī)定效能的能力。要求裝備在特定的條件下長(zhǎng)期存放和反復(fù)使用過(guò)程中，不出故障或少出故障，處于正常的使用狀態(tài)，且能實(shí)現(xiàn)其預(yù)期效能。因此，軍事材料必須擁有極強(qiáng)的性能和超長(zhǎng)的工作壽命。軍事裝備的再生能力，指的是軍事裝備受到損壞后，能夠迅速進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)搶修的能力。戰(zhàn)場(chǎng)再生能力是提高裝備戰(zhàn)斗力的重要組成部分。形狀記憶高分子材料具有許多優(yōu)異的性能，因此此類材料對(duì)于軍事方面的貢獻(xiàn)就十分明顯。在前期制造方面，由于其快速恢復(fù)能力，可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)零部件連接、整合，為戰(zhàn)爭(zhēng)贏得極寶貴先機(jī)時(shí)間。在對(duì)裝備恢復(fù)方面，我們可以將記憶前的材料制造為較為規(guī)則，使用面積較小的部件，單一運(yùn)輸時(shí)可以減縮空間，從而提高運(yùn)輸效率，極大地提高了戰(zhàn)場(chǎng)的再生能力。

3.形狀記憶高分子材料在軍事方面應(yīng)用展望

目前，形狀記憶高分子材料在軍事方面的成熟應(yīng)用主要體現(xiàn)在在戰(zhàn)機(jī)的連接，加固，軍事通訊設(shè)備，戰(zhàn)爭(zhēng)醫(yī)療設(shè)備等方面。

3.1戰(zhàn)機(jī)接頭連接

在軍事戰(zhàn)斗機(jī)上通常裝有各種不同直徑的管道， 對(duì)于一些異徑管接頭的連接， 形狀記憶高分子材料可以大顯身手。其大致工藝過(guò)程如下： 先將形狀記憶高分子材料加工成所要求的管材， 然后對(duì)其加熱使管材產(chǎn)生徑向膨脹， 并快速冷卻， 即可制得熱收縮套管。應(yīng)用時(shí)， 將此套管套在需要連接的兩個(gè)管材的接頭上，再用加熱器將已膨脹的套管加熱至其軟化點(diǎn)以上（低于一次成形溫度）， 膨脹管便收縮到初始形狀，緊緊包覆在管接頭上。

3.2緊固銷(xiāo)釘

在戰(zhàn)斗機(jī)的制造工藝中， 需應(yīng)用大量的連接件進(jìn)行連接。采用形狀記憶高分子材料制作緊固銷(xiāo)釘，將是戰(zhàn)斗機(jī)制造業(yè)中的一項(xiàng)嶄新工藝技術(shù)。

（1）先將記憶材料成形為銷(xiāo)釘?shù)氖褂眯螤?；?）再將銷(xiāo)釘加熱變形為易于裝配的形狀并冷卻定型；（3）將變形銷(xiāo)釘插入欲鉚合的兩塊板的孔洞中；（4）將銷(xiāo)釘加熱即可回復(fù)為一次成形時(shí)的形狀， 即將兩塊板鉚合固定。

3.3軍事通訊設(shè)備

形狀記憶高分子材料在軍事通訊設(shè)備方面的應(yīng)用同記憶合金比較相似。后者在航空航天領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用有很多成功的范例。人造衛(wèi)星上龐大的天線可以用記憶合金制作。發(fā)射人造衛(wèi)星之前，將拋物面天線折疊起來(lái)裝進(jìn)衛(wèi)星體內(nèi)，火箭升空把人造衛(wèi)星送到預(yù)定軌道后，只需加溫，折疊的衛(wèi)星天線因具有“記憶”功能而自然展開(kāi)，恢復(fù)拋物面形狀。而高分子材料通常具有很好的絕緣性能，因此在通訊設(shè)施中不需要導(dǎo)電的部件中，用形狀記憶高分子材料代替，以獲得我們預(yù)期的目標(biāo)，從而提高部隊(duì)的攜帶能力。

3.4軍事醫(yī)療設(shè)備

在需要單兵作戰(zhàn)的特殊場(chǎng)合，由于單兵的輜重，裝備等攜帶能力的限制，需要在有限的或體積下攜帶比較充足的醫(yī)療設(shè)施，從而為軍人的生命恢復(fù)提供必要的保障。利用低溫形狀記憶特性的聚合物聚氨酯、聚異戊二烯、聚降冰片烯等可以制備用作矯形外科器械或用作創(chuàng)傷部位的固定材料，比如用來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石膏繃帶。方法有2種：一是將形狀記憶聚合物加工成待固定或需矯形部位形狀，用熱水或熱吹風(fēng)使其軟化，施加外力使其變形為易于裝配的形狀，冷卻后裝配到待固定或需矯形部位。再加熱便可恢復(fù)原狀起固定作用，同樣加熱軟化后變形，取下也十分方便；二是將形狀記憶聚合物加工成板材或片材，用熱水或熱吹風(fēng)使其軟化，施加外力變形為易于裝配形狀，在軟化狀態(tài)下裝配到待固定或需矯形部位，冷卻后起固定作用，拆卸時(shí)加熱軟化取下即可。形狀記憶材料與傳統(tǒng)的石膏繃帶相比具有塑型快、拆卸方便、 透氣舒適、干凈衛(wèi)生、熱收縮溫度低、可回復(fù)形變量大的特點(diǎn)，可望在矯形外科領(lǐng)域及骨折外固定領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

4.結(jié)束語(yǔ)

目前，對(duì)形狀記憶材料的研究才剛剛開(kāi)始，尚處于初級(jí)階段。形形狀記憶高分子材料雖然具有可恢復(fù)形變量大、記憶效應(yīng)顯著、感應(yīng)溫度低、加工成型容易、使用面廣、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，但尚存在著許多不足之處，如形變回復(fù)不完全、回復(fù)精度低等。因而，在形狀記憶高分子材料的分子設(shè)計(jì)和復(fù)合材料研究等方面，還有待于進(jìn)一步探索。另外，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要開(kāi)發(fā)新型的形狀記憶高分子或?qū)υ械男螤钣洃浉叻肿佑嗅槍?duì)性地進(jìn)行改性。因此， 在今后的研究工作中， 應(yīng)充分運(yùn)用分子設(shè)計(jì)技術(shù)及材料改性技術(shù)， 努力提高材料的形狀記憶性能及綜合性能， 開(kāi)發(fā)新的材料品種， 以滿足不同的應(yīng)用需要。另外， 還應(yīng)注重新材料的實(shí)際應(yīng)用， 早日形成工業(yè)產(chǎn)量，為我國(guó)的軍事建設(shè)及各項(xiàng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]王詩(shī)任，呂智，趙維巖，等.熱致形狀記憶高分子的研究進(jìn)展[J].高分子材料科學(xué)與工程，2000，16（1）：1-4.

第3篇：導(dǎo)電高分子材料的研究進(jìn)展范文

關(guān)鍵詞 水性聚氨酯 改性 研究進(jìn)展

聚氨酯（（Polyurethane，簡(jiǎn)稱PU）是指含有重復(fù)的氨基甲酸酯鍵（NHCOO）的一類高分子材料，是聚氨基甲酸酯的簡(jiǎn)稱。聚氨酯樹(shù)脂制成的產(chǎn)品有泡沫塑料、彈性體、涂料、膠粘劑、纖維、合成皮革等。廣泛應(yīng)用于機(jī)電、船舶、輕工及紡織部門(mén)，產(chǎn)品與品種逐年遞增，是具有重大應(yīng)用價(jià)值的先進(jìn)高分子材料，已經(jīng)成為當(dāng)代高分子材料中品種最多、用途最廣、發(fā)展最快的一種新型有機(jī)材料。我國(guó)聚氨酯工業(yè)始于20世紀(jì)50年代末60年代初，至今已50年左右。自1936年德國(guó)化學(xué)家Otto.Bayer等在研究異氰酸酯的加成聚合反應(yīng)過(guò)程中，首先合成出含有氨基甲酸酯特性基團(tuán)的化合物。在第二次世界大戰(zhàn)期間聚氨酯技術(shù)得到了發(fā)展，20世紀(jì)50年代以來(lái)，有關(guān)聚氨酯的新品種、新工藝、新裝備大量涌現(xiàn)，逐漸形成了成熟、完整的聚氨酯工業(yè)體系。據(jù)中國(guó)PU工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，1991年我國(guó)PU行業(yè)產(chǎn)量為15萬(wàn)t，1998年為77萬(wàn)t，而2011年我國(guó)PU行業(yè)產(chǎn)量達(dá)到了700萬(wàn)t，生產(chǎn)和消費(fèi)規(guī)模居世界首位。預(yù)測(cè)我國(guó)在“十二五”期間，PU產(chǎn)品年消費(fèi)量將達(dá)到900萬(wàn)t～1 000萬(wàn)t，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值將達(dá)到2 700億～4 000億元。

水性聚氨酯（WPU）是相對(duì)于溶劑型聚氨酯而言的，它是聚氨酯粒子分散在連續(xù)相（水）中的二元膠體體系。目前市場(chǎng)上大多數(shù)為溶劑型聚氨酯樹(shù)脂，含有大量的有機(jī)溶劑和一定量的游離異氰酸酯，影響人們的身體健康和生活環(huán)境。隨著各國(guó)環(huán)保法規(guī)對(duì)VOC（volatile organic compounds）排放量的限制以及對(duì)環(huán)保的重視，水性聚氨酯得到了較快的發(fā)展，己在織物、皮革、黏合劑等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，正逐步替代溶劑型聚氨酯。

一、水性聚氨酯存在的問(wèn)題

水性聚氨酯是以水代替有機(jī)溶劑作為分散介質(zhì)的新型聚氨酯體系，具有彈性、耐磨性、韌性、附著力和低溫抗沖擊性優(yōu)異、VOC含量低，節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。水性聚氨酯雖然具有很多優(yōu)良性能，但其還存在著很多不足，如涂膜的耐水性不好，乳液穩(wěn)定性、自增稠性、固含量等方面的性能不夠理想，且機(jī)械強(qiáng)度不高，特別是硬度不夠高。分析引起這些問(wèn)題的主要原因包括以下幾個(gè)方面：水性聚氨酯由于主鏈或側(cè)鏈引入親水基團(tuán)從而使所形成的涂膜具有較高的表面能，通過(guò)成鹽的方法雖然使聚氨酯可以分散在水相中，但是正是由于這些基團(tuán)的存在使得水性聚氨酯耐水性、耐溶劑性、耐化學(xué)品性以及機(jī)械強(qiáng)度等性能變差。與有機(jī)溶劑相比，水的蒸發(fā)潛熱很大（約540 cal/g），為了加快成膜過(guò)程中水分的蒸發(fā)需要高溫，因此就需要投入大量能量。水的表面張力很高（約72 dtne/cm2），雖然添加助溶劑和表面活性劑可以降低表面張力，但是添加助溶劑會(huì)增加VOC的排放，添加表面活性劑會(huì)促使水性配方中被分散的成分穩(wěn)定化，從而使夾帶氣泡的水-空氣界面穩(wěn)定化，因而產(chǎn)生泡沫，導(dǎo)致形成針孔。同時(shí)水的高導(dǎo)電性也會(huì)引起各種問(wèn)題。

由于水性聚氨酯的這些缺陷，目前使用的水性聚氨酯基本上都是經(jīng)過(guò)改性的。聚氨酯的改性有很多種，包括環(huán)氧樹(shù)脂改性、有機(jī)硅改性、聚丙烯酸改性、有機(jī)氟改性等。本文主要對(duì)其改性技術(shù)進(jìn)行了綜述。

二、水性聚氨酯的改性

1.環(huán)氧樹(shù)脂改性水性聚氨酯。環(huán)氧樹(shù)脂（EP）材料具有高模量、高強(qiáng)度、易固化、黏附力強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性好、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，但其柔韌性、耐磨性不及WPU，因此，采用EP改性WPU可將兩者的優(yōu)良性能有機(jī)結(jié)合。利用EP改性WPU的方法主要有兩種，一種是物理共混法，該方法是將EP均勻的分散到WPU預(yù)聚體中，兩者之間并沒(méi)有化學(xué)鍵的結(jié)合，最終將共混物在水中乳化；另一種是化學(xué)共聚法，該方法是EP開(kāi)環(huán)后形成端羥基化合物與WPU進(jìn)行共聚反應(yīng)，得到的預(yù)聚體再在水中乳化。實(shí)驗(yàn)證明，采用化學(xué)共聚法制備的WPU乳液的穩(wěn)定性不及物理共混法。

杜鵑研究了環(huán)氧樹(shù)脂用量對(duì)乳液外觀、乳液貯存穩(wěn)定性等的影響情況，結(jié)果表明，隨著EP用量的增加，乳液外觀由乳白透明變?yōu)槿榘咨?，由于?dāng)EP用量較多時(shí)，分散體的粒徑大，阻礙了光線的透過(guò)，所以乳液呈發(fā)白現(xiàn)象。同時(shí)，隨著EP用量的增加乳液黏度增大，貯存穩(wěn)定性下降，低溫柔韌性變差，吸水率減小。因?yàn)樵黾覧P用量即增加了分子中交聯(lián)結(jié)構(gòu)，耐水性也就會(huì)越好。隨著EP用量的增加，硬段含量增大，硬度增大，低溫柔韌性也就會(huì)變差。李輝采用E-51環(huán)氧樹(shù)脂為改性劑，得到了聚醚型環(huán)氧樹(shù)脂改性WPU乳液。當(dāng)環(huán)氧樹(shù)脂E-51質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%時(shí)改性產(chǎn)品的性能最佳，該產(chǎn)品具有耐水性好、拉伸強(qiáng)度高等特點(diǎn)。

2.有機(jī)硅改性水性聚氨酯。有機(jī)硅材料是分子結(jié)構(gòu)中含有硅元素的高分子合成材料，主鏈?zhǔn)且粭l鍵交替組成的穩(wěn)定骨架，有機(jī)基團(tuán)與硅原子相連形成側(cè)基。由于有機(jī)硅的這種特殊結(jié)構(gòu)和組成，使它具有耐高溫、耐氣候老化、電絕緣、耐燃、無(wú)毒、無(wú)腐蝕和生理惰性等優(yōu)異性能。有機(jī)硅改性可提高涂膜的機(jī)械性能。含有硅氧烷基團(tuán)的聚合物表面張力低于不含硅氧烷基團(tuán)的聚合物，低表面能組分就會(huì)逐漸遷移至高表面能組分的外部，從而形成硅氧烷鏈段在乳液膠膜表面富集。富集于乳液表面的活性硅氧烷基團(tuán)在一定條件下水解形成硅醇，硅醇與聚合物內(nèi)部或表面的活性基團(tuán)縮合形成立體網(wǎng)絡(luò)（─Si─O─Si─）交聯(lián)結(jié)構(gòu)，化學(xué)交聯(lián)點(diǎn)增加，交聯(lián)密度相應(yīng)增加，對(duì)涂膜表層的致密度有增強(qiáng)作用，并最終提高涂膜的機(jī)械性能。應(yīng)用于水性聚氨酯改性的有機(jī)硅化合物主要是羥基硅油、氨基硅油、硅烷偶聯(lián)劑等。

詹彪等用羥基硅油改性水性聚氨酯，結(jié)果表明，羥基硅油改性后的聚氨酯膠膜的分子鏈中聚硅氧烷連段從內(nèi)部逐漸向表面遷移，有機(jī)硅富集在膠膜表面，從而增加了膠膜的疏水性。李文淵等采用3-氨丙基三乙氧基硅烷改性水性聚氨酯，研究了有機(jī)硅用量對(duì)乳液黏度和涂膜吸水率的影響，結(jié)果表明。有機(jī)硅改性提高了水性聚氨酯體系交聯(lián)密度，從而使乳液黏度增加，涂膜吸水率下降，耐水性提高。Chen H等用氨乙基氨丙基聚二甲基硅氧烷改性聚醚型水性聚氨酯，發(fā)現(xiàn)改性產(chǎn)品的耐水性明顯得到提高。曲鵬飛等用羥基硅油改性陽(yáng)離子水性聚氨酯，通過(guò)采用差示掃描量熱分析證明羥基硅油的加入使改性樣品軟、硬段玻璃化轉(zhuǎn)變溫度都降低，這是因?yàn)榱u基硅油中-CH3圍繞Si-O鍵旋轉(zhuǎn)的自由能幾乎為零，使得整個(gè)羥基硅油分子旋轉(zhuǎn)十分自由，將其引入聚氨酯分子鏈中，整個(gè)大的分子鏈就會(huì)變得更加柔順。從膠膜的力學(xué)性能顯示，羥基硅油的引入使得膠膜的斷裂伸長(zhǎng)率增加，而膠膜的拉伸強(qiáng)度略有下降。

有機(jī)硅改性水性聚氨酯具有很多優(yōu)良的性質(zhì)，如涂膜具有優(yōu)良的耐水性、耐候性、耐酸堿性、耐高低溫使用性能和良好的機(jī)械性能。但用含有機(jī)硅分子制得的涂料存在力學(xué)強(qiáng)度低、附著力差等缺點(diǎn)。要改善這些缺陷，需少加溶劑，合理進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使共聚物具有聚氨酯的力學(xué)性能、耐磨性，同時(shí)具有有機(jī)硅烷的介電性、耐水性及生物相容性。

3.聚丙烯酸酯改性水性聚氨酯。聚丙烯酸酯（PA）樹(shù)脂具有優(yōu)異的耐光性、耐候性，受紫外線照射不易發(fā)生黃變，耐酸、堿、鹽腐蝕，柔韌性高且價(jià)格低廉。采用聚丙烯酸酯改性水性聚氨酯，可將水性聚氨酯的優(yōu)異性能與聚丙烯酸酯樹(shù)脂良好的附著力、耐候性有機(jī)結(jié)合，從而制備出高固含、低成本的水性樹(shù)脂，這種方法提高了水性聚氨酯樹(shù)脂的綜合性能又降低了產(chǎn)品的成本，具有廣闊的應(yīng)用前景。國(guó)外已經(jīng)在很多領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用。

陳金蓮等采用平衡溶脹發(fā)制備了丙烯酸改性水性聚氨酯乳液，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該水性聚氨酯改性方法可以大大提高甲基丙烯酸甲酯（MMA）的含量，明顯提高了改性水性聚氨酯乳液及涂膜性能。吳冬梅等采用丙烯酸丁酯（BA）和MMA與WPU乳液共聚制備水性聚氨酯/聚丙烯酸酯復(fù)合乳液，結(jié)果表明所制備的復(fù)合乳液具有良好的室溫貯存穩(wěn)定性及成膜性能。與水性聚氨酯乳液相比，該復(fù)合乳液粒徑有所增大，對(duì)基材潤(rùn)濕性更好，膠膜耐水性明顯提高。楊霞制備了具有核殼結(jié)構(gòu)的PUA復(fù)合乳液，研究了親水?dāng)U鏈劑二羥甲基丙酸（DMPA）用量，R值、乳化劑用量、核殼質(zhì)量比對(duì)乳液和膠膜性能的影響。王志強(qiáng)等合成了甲基丙烯酸甲酯改性的水性聚氨酯乳液，掃描電鏡圖顯示，經(jīng)丙烯酸酯改性的水性聚氨酯膜表面相對(duì)平整，這是因?yàn)榫郯滨ヅc丙烯酸酯的微相分離程度小，相容性好，當(dāng)m（PU）∶m（PA）=8∶2時(shí)得到的丙烯酸酯水性聚氨酯的綜合性能較佳。

4.有機(jī)氟改性水性聚氨酯。含氟高聚物的性質(zhì)主要取決于分子中的氟原子，而氟原子結(jié)合電子能力強(qiáng)、可極化率小、折射率低、電負(fù)性是所有元素中最高的。因此氟聚合物具有優(yōu)良的電化學(xué)性能和光學(xué)性能，氟原子半徑非常小，所以C-F鍵鍵長(zhǎng)短，鍵能高，因此氟聚合物耐熱性、耐氧化性及耐化學(xué)性優(yōu)良。含氟聚合物的分子間凝聚力低，空氣與聚合物界面間的分子作用力小，所以表面自由能低。而含氟化合物在成膜過(guò)程中有向膜表面遷移富集的趨勢(shì)，因此，含氟化合物具有優(yōu)異的表面性能，如疏水耐油性、性、耐溶劑性及良好的生物相容性等。對(duì)水性聚氨酯進(jìn)行氟改性，使氟鏈段在材料表面富集，從而獲得同全氟高分子材料相近的表面能。該方法能在很大程度上改善涂膜的性能，彌補(bǔ)水性聚氨酯在這些方面的缺陷。

李培枝等合成了全氟烷基側(cè)鏈的氟改性水性聚氨酯，主要通過(guò)對(duì)水性聚氨酯進(jìn)行單羥基的全氟乙基辛醇的接枝反應(yīng)。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)改性的水性聚氨酯涂膜的表面性能明顯變低，耐水性、耐熱性及耐腐蝕性明顯提高。劉崢等制備出含氟長(zhǎng)支鏈水性聚氨酯乳液，研究了含氟長(zhǎng)支鏈的量對(duì)水性聚氨酯相關(guān)性能的影響。結(jié)果表明，在一定范圍內(nèi)隨著氟含量的增加，乳液粒子粒徑增加，涂膜表面張力明顯降低，與水的接觸角上升，涂膜的熱穩(wěn)定性得到提高，拉伸強(qiáng)度增加，斷裂伸長(zhǎng)率降低。

參考文獻(xiàn)

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[2]李輝.環(huán)氧E-51改性水性聚氨酯膠黏劑的制備及性能研究[J].石油化工高等學(xué)校. 校報(bào)，2010，23（2）：37-40.

第4篇：導(dǎo)電高分子材料的研究進(jìn)展范文

【關(guān)鍵詞】　智能水凝膠　分類　理論機(jī)理　應(yīng)用

水凝膠是由高分子的三維網(wǎng)絡(luò)與水組成的多元體系，是自然界中普遍存在的一種物質(zhì)形態(tài)，生物機(jī)體的許多部分(如人體的肌肉、血管、眼球等器官) 都是由水凝膠構(gòu)成的。它是一些高聚物或共聚物吸收大量水分，溶脹交聯(lián)而成的半固體。水凝膠的性質(zhì)不僅與聚合單體和交聯(lián)劑的性質(zhì)以及聚合工藝條件有關(guān)，而且還取決于溶脹時(shí)的條件。根據(jù)水凝膠對(duì)外界刺激的應(yīng)答情況，可分為兩類：一類是傳統(tǒng)的水凝膠，這類水凝膠對(duì)環(huán)境的變化不特別敏感。另一類是環(huán)境敏感的水凝膠，這類水凝膠在相當(dāng)廣的程度上對(duì)環(huán)境所引起的刺激有不同程度的應(yīng)答，具有智能性。智能水凝膠對(duì)外界微小的物理化學(xué)刺激，如溫度、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、光、pH、離子強(qiáng)度、壓力等能夠感知并在響應(yīng)過(guò)程中有顯著的溶脹行為或響應(yīng)性。由于水凝膠的這種智能性，使其在藥物控釋載體、組織工程、活性酶的固定、調(diào)光材料方面具有良好的應(yīng)用前景，另外，在化學(xué)轉(zhuǎn)換器、記憶元件開(kāi)關(guān)、傳感器、人造肌肉、化學(xué)存儲(chǔ)器、分子分離體系等方面也開(kāi)始表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。近年來(lái)對(duì)它的研究和開(kāi)發(fā)工作異?；钴S，成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)。

1　智能水凝膠的分類

根據(jù)對(duì)外界刺激的響應(yīng)情況，智能型水凝膠分為：溫度敏感型水凝膠、pH敏感型水凝膠、光敏感型水凝膠、電場(chǎng)敏感型水凝膠、壓力敏感型水凝膠、生物分子敏感型水凝膠等。

1.1 溫度敏感型水凝膠

溫度敏感型水凝膠對(duì)環(huán)境的溫度變化能產(chǎn)生響應(yīng)，即當(dāng)周?chē)h(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，凝膠自身的性質(zhì)也隨之改變。目前研究較多的是隨溫度變化而發(fā)生體積相轉(zhuǎn)變的水凝膠，可分為高溫收縮和低溫收縮型兩類。還有一種是無(wú)體積變化而具有溫致變色的溫度敏感水凝膠。

這種熱敏特性的機(jī)理是凝膠體系中存在著一定的疏水和親水基團(tuán)，它們和水在分子內(nèi)和分子間會(huì)產(chǎn)生相互作用。當(dāng)T < LCST時(shí)， 凝膠溶于水， 凝膠與水之間主要是酞胺基團(tuán)與水分子之間氫鍵的作用，此時(shí)由于氫鍵及范德華力的作用，大分子鏈周?chē)乃肿訉⑿纬梢环N由氫鍵連接的、高度有序化的溶劑殼層。隨溫度上升，凝膠與水相互作用參數(shù)改變，其分子內(nèi)及大分子間的疏水作用加強(qiáng)，形成疏水層，氫鍵被破壞，大分子鏈周?chē)娜軇颖黄茐?，在某一臨界溫度(LCST)水分子從凝膠中排出，凝膠產(chǎn)生相變，從而表現(xiàn)出溫敏性。此時(shí)高分子由疏松的線團(tuán)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫o密的膠粒狀結(jié)構(gòu)，發(fā)生了coil - globule 轉(zhuǎn)變。這種相變是在很窄的溫度范圍內(nèi)發(fā)生的，發(fā)生相變的溫度稱為最低臨界轉(zhuǎn)變溫度（LCST），高于這個(gè)溫度時(shí)溶脹的水凝膠發(fā)生收縮，而低于這個(gè)溫度則再度溶脹。

聚N-異丙基丙烯酰胺（PNIPAM）水凝膠的溫度敏感性相轉(zhuǎn)變是由于交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的親水性/疏水性平衡受外界條件變化的影響而引起的，是分子鏈構(gòu)象變化的表現(xiàn)。然而，PNIPAM水凝膠存在的一些缺陷也極大的影響了其實(shí)際應(yīng)用。存在的缺陷主要有兩點(diǎn)：第一，響應(yīng)速率慢，第二，機(jī)械強(qiáng)度差。因此近十幾年來(lái)，這一領(lǐng)域的研究主要集中在PNIPAM水凝膠響應(yīng)速率和機(jī)械強(qiáng)度的改善上。提高PNIPAM水凝膠的響應(yīng)速率目前主要有三種方法：1縮小凝膠的體積尺寸，可制成微膠囊，制成納米微粒網(wǎng)絡(luò)。2合成具有孔結(jié)構(gòu)的凝膠。3在凝膠基體中引入接枝鏈。而提高PNIPAM水凝膠機(jī)械強(qiáng)度的方法有：1引入機(jī)械強(qiáng)度高的物質(zhì)作支架。2形成互相貫穿聚合網(wǎng)絡(luò)(IPN)。3與疏水性單體共聚。

自1984年有文獻(xiàn)報(bào)道聚N-異丙酰胺具溫敏性以來(lái)，聚N-異丙酰胺及其衍生物已廣泛用于藥物釋放研究。聚N-異丙酰胺中加入疏水性的甲基丙烯酸丁酯可增強(qiáng)凝膠機(jī)械強(qiáng)度，縮短對(duì)溫度變化響應(yīng)的時(shí)間。用聚N-異丙酰胺水凝膠包載藥物的滴眼劑治療青光眼，降壓時(shí)間比普通制劑持久6倍。將包裹5-氟尿嘧啶的聚N-異丙酰胺水凝膠置透析袋中，釋藥受凝膠和透析膜雙重控制，溫度升高釋藥加快。

抗癌藥置溫敏水凝膠中，用抗體、糖作靶向基團(tuán)運(yùn)至靶區(qū)，并在外部施加物理刺激，可提高載體穩(wěn)定性和靶向效果。溫敏單體與磁性微球共聚，在外加磁場(chǎng)作用下具快速、簡(jiǎn)便的磁分離特性，可用于蛋白、多肽控釋系統(tǒng)。對(duì)注射殼聚糖-β-甘油磷酸水凝膠及加入脂質(zhì)體后的釋藥研究，后者在體溫下快速膠凝。研究鹽酸維拉帕米和硝苯地平在聚丙烯酰胺-瓜爾膠凝膠微球中的釋藥。泊洛沙姆可作為蛋白釋藥載體制備植入劑、納米微球，用物理交聯(lián)制備嵌段共聚水凝膠包埋大分子，透明質(zhì)酸-泊洛沙姆凝膠用于人生長(zhǎng)激素的控制釋放。

近十年來(lái)，以PNIPAM為代表的溫度敏感型水凝膠在理論和應(yīng)用上均引起了人們?cè)絹?lái)越大的興趣。其在應(yīng)用領(lǐng)域的研究有待于進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)。隨著有關(guān)研究的深入，相信人們?cè)诓痪玫膶?lái)會(huì)在這一領(lǐng)域取得更大的成就。

1.2 pH敏感型水凝膠

具有pH敏感型的水凝膠是通過(guò)線形聚合物之間交聯(lián)或互穿網(wǎng)絡(luò)而形成體型大分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中含有可離子化的酸性或堿性基團(tuán)(羧基、磺酸基或氨基) ，隨著介質(zhì)pH值、離子強(qiáng)度改變，這些基團(tuán)會(huì)發(fā)生電離，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)內(nèi)大分子鏈段間氫鍵的解離，產(chǎn)生不連續(xù)的溶脹體積變化。在一定離子強(qiáng)度下，凝膠內(nèi)外離子濃度差最大時(shí)對(duì)應(yīng)的平衡溶脹度為極大值。這種凝膠溶脹對(duì)離子強(qiáng)度的關(guān)系，可以解釋為在低離子強(qiáng)度下，因抗衡離子難以從溶液進(jìn)人凝膠，所以可電離基團(tuán)的電離度較小，隨離子強(qiáng)度的提高電離度增大，凝膠溶脹加大，最后凝膠離子化達(dá)到最大，這時(shí)離子強(qiáng)度增加時(shí)，會(huì)減少凝膠內(nèi)與溶液間的離子滲透壓，而導(dǎo)致凝膠溶脹減少。根據(jù)敏感性基團(tuán)的不同可分為陰離子、陽(yáng)離子和兩性離子三種類型。

pH敏感水凝膠中含酸、堿性基團(tuán)，溶脹、收縮、滲透壓隨pH、離子強(qiáng)度變化，可實(shí)現(xiàn)靶向釋藥。凝膠膨脹度和pH響應(yīng)性可用中性共聚單體如甲基丙烯酸酯、順丁烯二酸酐等調(diào)節(jié)。聚陽(yáng)離子水凝膠在中性pH膨脹小、釋藥少，可用于胃部釋藥及防止味覺(jué)差的藥物在口腔等中性環(huán)境釋放。用甲基丙烯酸甲酯和N，N-二甲氨甲基丙烯酸乙酯共聚水凝膠包載咖啡因，在中性環(huán)境不釋藥，pH3-5呈零級(jí)釋藥。一般聚酸類水凝膠在酸性下不解離，膨脹小、釋藥少，可設(shè)計(jì)治療消化性潰瘍藥按pH調(diào)節(jié)釋藥速度。pH敏感水凝膠作為多肽、蛋白載體，保護(hù)藥物在胃、小腸不被降解，在結(jié)腸被微菌群產(chǎn)生的酶如偶氮還原酶、糖酐酶等降解釋藥。聚丙烯酸分子上大量的羧基具親水性，聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸與偶氮芳香交聯(lián)的水凝膠在胃內(nèi)膨脹很小，幾乎不釋藥，在小腸內(nèi)羧基電離，膨脹度增大，但偶氮鍵不斷裂，結(jié)腸內(nèi)被偶氮還原酶降解釋藥。降解動(dòng)力學(xué)受凝膠交聯(lián)度影響，膨脹動(dòng)力學(xué)受聚合物組成影響。

pH敏感的多糖凝膠，如藻酸鹽、環(huán)糊精、殼聚糖等作為釋藥載體很有潛力。聚多糖類水凝膠由于良好的生物相容性和降解性，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用倍受關(guān)注。殼聚糖-聚氧乙烯凝膠在酸性更具膨脹性，可用于抗生素如阿莫西林、甲硝噠唑等定位釋藥治療胃部幽門(mén)螺旋菌。Zhang Yongjun 等利用相反電荷聚電解質(zhì)之間的靜電作用，通過(guò)層層組裝制備殼聚糖水凝膠微囊。以二氧化硅 (SiO2) 微粒為核，先在核上依次包裹PAA 和殼聚糖膜，形成多層的PAA-殼聚糖外殼，再選擇性的交聯(lián)殼聚糖，最后將PAA 和SiO2核逐一除去，得到了殼聚糖水凝膠微囊。形成的殼聚糖微囊具有pH敏感性，殼聚糖的交聯(lián)提高了殼層的穩(wěn)定性，微囊壁的交聯(lián)密度對(duì)水凝膠pH敏感程度有重要的影響。

1.3 溫度和PH雙重敏感型水凝膠

由于環(huán)境的復(fù)雜性，近年來(lái)人們對(duì)具有多重敏感性水凝膠的研究越來(lái)越感興趣，這方面的研究主要集中在對(duì)溫度和PH雙重敏感的水凝膠上。

將pH敏感單體和溫度敏感單體通過(guò)接枝、嵌段共聚引入某些酸、堿基團(tuán)或采用互穿網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可合成溫度、pH雙重敏感水凝膠，各聚合物鏈有獨(dú)立的敏感性。利用聚丙烯酸的電離性與聚乙烯醇的彈性可制備雙重敏感水凝膠。如將N-異丙酰胺、N-氨基丙基甲基丙烯酰胺分別與N，N’-亞甲基二丙烯酰胺交聯(lián)合成了雙重敏感水凝膠，研究其在不同離子強(qiáng)度、pH中二磺酸奈的釋放，發(fā)現(xiàn)酸性中氨基與二磺酸奈鍵合強(qiáng)，釋藥少，釋藥加快。所形成的水凝膠在pH值為7.4下，溫度為37℃時(shí)發(fā)生相變，胰島素在其中的釋放發(fā)生明顯變化。另外，黃月文等合成了兼具溫度及值敏感性的聚N-異丙基丙烯酞胺-共-丙烯酸水凝膠，并在此水凝膠中包埋抗結(jié)腸癌藥物阿司匹林。研究表明，在PH=7.4的介質(zhì)中，37℃時(shí)阿司匹林在水凝膠膜中的釋放比25℃時(shí)快，而在37℃、PH=7.4的介質(zhì)中，阿司匹林的釋放比PH為1.0的快得多，因此可將阿司匹林大部分定向到腸中釋放。

1.4 光敏感型水凝膠

目前，這類水凝膠的合成主要是在溫度或pH敏感型水凝膠中引入對(duì)光敏感的基團(tuán)。導(dǎo)致光敏水凝膠的響應(yīng)機(jī)理有三種：一種是特殊感光分子，當(dāng)有光照射時(shí)，這類水凝膠將光能轉(zhuǎn)化成熱能，使材料局部溫度升高，當(dāng)凝膠內(nèi)部溫度達(dá)到熱敏材料的相變溫度時(shí)，發(fā)生體積相轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。例如，將吸光產(chǎn)熱分子葉綠素與溫敏水凝膠PNIPA 以共價(jià)鍵結(jié)合，當(dāng)用紫外線照射時(shí)，該凝膠出現(xiàn)相轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。另一種是利用光敏分子遇光分解產(chǎn)生的離子來(lái)改變凝膠內(nèi)外的離子濃度差，造成凝膠滲透壓突變，促使凝膠發(fā)生溶脹，從而實(shí)現(xiàn)響應(yīng)性。第3種響應(yīng)機(jī)理是水凝膠材料中引人了發(fā)色基團(tuán)，由于光照，這些發(fā)色團(tuán)的理化性質(zhì)（如偶極矩和幾何結(jié)構(gòu)）發(fā)生變化，導(dǎo)致具有發(fā)色團(tuán)的聚合物鏈的構(gòu)型的變化，從而導(dǎo)致聚合物性能發(fā)生改變。光異構(gòu)化反應(yīng)包括偶氮基團(tuán)等的反式—順式異構(gòu)、無(wú)色三苯基甲烷衍生物的解離等。這些發(fā)色基團(tuán)可位于聚合物骨架，又可作為側(cè)基，甚至可作為交聯(lián)劑。如含對(duì)光敏感的無(wú)色三苯基甲烷氰基的PNIPA水凝膠，當(dāng)無(wú)紫外線時(shí)，水凝膠在30℃出現(xiàn)連續(xù)的體積相變，當(dāng)有紫外線時(shí)，由于氰基的光解離，溫度升至32. 6 ℃時(shí)凝膠的體積突變。

偶氮苯及其衍生物分子是一類典型的光致異構(gòu)的分子，含偶氮苯光色基團(tuán)的聚合物可用于光電子器件、記錄存儲(chǔ)介質(zhì)和全息照相等領(lǐng)域，可發(fā)展成為具有廣泛用途的一類新穎的先進(jìn)功能材料。陳莉等通過(guò)自由基共聚合方法，將側(cè)鏈含偶氮苯基的丙烯酰胺基偶氮苯單體(AAAB)與丙烯酸(AA)共聚合成了一種新型功能高分子P(AA - co - AAAB)，使聚合物結(jié)構(gòu)內(nèi)在具備偶氮生色團(tuán)的同時(shí)也具有親水性的羧基，這就使得此種高分子具有pH 和光雙重響應(yīng)性能，從而將光響應(yīng)與pH響應(yīng)很好地融為一體，拓寬了其可能的應(yīng)用范圍。

1.5 電敏感型水凝膠

電敏感型水凝膠一般由聚電解質(zhì)高分子構(gòu)成，它在直流電場(chǎng)作用下可發(fā)生形變。其響應(yīng)機(jī)理是溶液中自由離子在電場(chǎng)下的定向移動(dòng)造成凝膠內(nèi)外離子濃度和凝膠內(nèi)部pH的不均勻，從而引起滲透壓和聚電解質(zhì)電離狀態(tài)的變化。絕大多數(shù)電場(chǎng)敏感型凝膠是電致收縮型，網(wǎng)絡(luò)上帶正電荷的凝膠水分從陽(yáng)極放出，否則從陰極放出。研究表明：凝膠的溶脹性能和電響應(yīng)性能受凝膠的單體配比，溶液的離子強(qiáng)度和所施加的電場(chǎng)強(qiáng)度等因素的影響。這里存在一個(gè)臨界壓力，低于臨界壓力凝膠膨脹，高于臨界壓力則凝膠收縮。例如聚丙烯酸/聚乙烯基磺酸共聚物水凝膠(PAAC/PVSA)，在電場(chǎng)中，由于電壓引發(fā)離子運(yùn)動(dòng)，水凝膠的體積發(fā)生明顯的變化，可用于生物傳感器。

為了解決以往電敏水凝膠只能在酸性或堿性條件下發(fā)揮作用，需要較高的電壓和響應(yīng)時(shí)間慢等缺點(diǎn)，Elizabeth A. 等將具有導(dǎo)電性的聚吡咯/碳黑復(fù)合材料加入到丙烯酸/丙烯酰胺水凝膠內(nèi)，其能在低電壓 (1V)、中性溶液中快速 (5s) 做出響應(yīng)。通過(guò)改變丙烯酸的含量、導(dǎo)電性、共混材料濃度和電場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)電刺激的響應(yīng)。這種新型電敏凝膠材料有望用于生物微電子機(jī)械系統(tǒng)。

1.6 壓力敏感型水凝膠

水凝膠的壓力敏感性最早是由Marchetti 通過(guò)理論計(jì)算提出來(lái)的，其計(jì)算結(jié)果表明，凝膠在低壓下出現(xiàn)塌陷，在高壓下出現(xiàn)膨脹。

最近鐘興等人研究了壓力對(duì)聚N-正丙基丙烯酰胺（PNIPA）、聚N，N-二乙基丙烯酰胺（PNDEA）及PNIPAAM這3種凝膠溶脹性的影響，認(rèn)為3種凝膠之所以表現(xiàn)出明顯的壓敏性，首先是因?yàn)樗鼈兙哂袦孛粜?，另外還因?yàn)槠湎噢D(zhuǎn)變溫度隨壓力而有所升高。所以，當(dāng)溫度不變時(shí)，如果常壓下處于收縮狀態(tài)的凝膠因?yàn)閴毫Φ脑黾佣蛊渌帨囟鹊陀谙噢D(zhuǎn)變溫度的話，凝膠將發(fā)生大幅度的溶脹。

此外，趙春順等以羥丙基甲基纖維素(HPMC)和羧甲基纖維素鋪(CMCNa)為骨架材料，以非諾洛芬(FC)為模型藥物，研究了FC親水凝膠骨架片釋藥機(jī)制的影響因素，發(fā)現(xiàn)壓力對(duì)釋藥機(jī)制影響較大。當(dāng)處方中含有20%淀粉時(shí)，F(xiàn)C骨架片釋藥受壓力影響更為明顯，釋藥速率隨壓力增加而減小。

1.7 生物分子敏感型水凝膠

生物分子敏感型水凝膠能對(duì)特定的生物分子 (如葡萄糖、酶和DNA分子等) 產(chǎn)生響應(yīng)。

例如甲基丙烯酰胺水凝膠是一種用四肽 (CYKC) 作為交聯(lián)劑所得到的對(duì)α-胰凝乳蛋白酶敏感的含有縮氨酸序列的水凝膠。當(dāng)其遇到α-胰凝乳蛋白酶時(shí)，水凝膠上連接的縮氨酸序列發(fā)生分離，引起水凝膠從不溶的三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)向可溶的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。這項(xiàng)研究有望作為生物傳感器用于蛋白酶-縮氨酸識(shí)別系統(tǒng)。

目前此類水凝膠主要用于自動(dòng)調(diào)控胰島素釋放系統(tǒng)，研究較多的是葡萄糖敏感水凝膠。這種水凝膠實(shí)質(zhì)為pH或溫度敏感型材料，但可以通過(guò)感知由生化反應(yīng)造成溶液組分的變化，從而產(chǎn)生如體積相變這樣的響應(yīng)。Joseph Kost等用羥乙基甲基丙烯酸酯(HEMA) 、NDMAEM、TEGDMA 和葡萄糖氧化酶在冷凍狀態(tài)下，輻射交聯(lián)共聚合形成凝膠，此凝膠浸入葡萄糖溶液后，可將葡萄糖氧化為葡萄糖酸，使pH下降，從而導(dǎo)致叔氨基質(zhì)子化而使凝膠溶脹，且溶脹體積隨葡萄糖溶液濃度的增大而增大。

1.8 其他智能水凝膠

如抗原應(yīng)答式水凝膠，凝血酶誘導(dǎo)應(yīng)答式水凝膠，印跡水凝膠等，都具有很好的特異性，具有誘人的醫(yī)藥學(xué)前景。

2　智能水凝膠的理論和機(jī)理

2.1 基本作用力

早期，學(xué)者們提出水凝膠體系的3種基本作用力，它們是橡膠彈力、聚合物間親和力和氫離子間壓力。作用在凝膠上的總壓力就是這3種作用力的合力，被稱為凝膠的滲透壓，它決定著凝膠是趨于吸收液體還是排斥液體。

后來(lái)經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的深入研究，人們又把誘導(dǎo)水凝膠體系發(fā)生相轉(zhuǎn)變的分子間相互作用更準(zhǔn)確地歸納為4類：疏水作用、范德華力、氫鍵、離子間作用力。

2.2 動(dòng)力學(xué)研究

學(xué)者kato等對(duì)大孔隙水凝膠動(dòng)力學(xué)的研究表明，N-異丙基丙烯酰胺在NaCl溶液中的去膨脹過(guò)程由兩個(gè)因素控制：一個(gè)是氯離子間的斥力，另一個(gè)是鹽析效應(yīng)。

Hirose等對(duì)N-異丙基丙烯酰胺與丙烯酸共聚物水凝膠的體積相轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行了細(xì)致的研究，并提出去溶脹過(guò)程由3個(gè)階段構(gòu)成：1均勻收縮階段，水凝膠的尺寸按指數(shù)規(guī)律減小。2平臺(tái)階段，柱狀水凝膠的兩端開(kāi)始收縮而中間部分仍處于膨脹狀態(tài)。3崩坍階段，此時(shí)水凝膠的中間部分亦隨時(shí)間而線性收縮。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于帶有少量電荷的水凝膠能較好的符合上述過(guò)程。

2.3 水凝膠的敏感性機(jī)理

Tanaka等通過(guò)測(cè)定聚合物鏈的持續(xù)長(zhǎng)度b與有效半徑a之比（即代表聚合物鏈剛性的度量）及敏感性之間的關(guān)系，提出了半經(jīng)驗(yàn)參數(shù)s作為有無(wú)敏感性的判據(jù)：s=（ba）（2f+1），式中f代表單位有效鏈上可離子化基團(tuán)的數(shù)目。他們認(rèn)為s>290時(shí)水凝膠會(huì)發(fā)生敏感性相轉(zhuǎn)變，而當(dāng)s

吳奇等通過(guò)研究微凝膠與表面活性劑的相互作用，提出了與疏水作用不同的新的溶脹和收縮機(jī)理，并認(rèn)為近年來(lái)觀察到的大塊凝膠的所謂非連續(xù)體積變化并不是源于理論上所預(yù)測(cè)的非連續(xù)體積相轉(zhuǎn)變，而是由于內(nèi)部不均勻收縮導(dǎo)致的內(nèi)部應(yīng)力同剪切模量之間的相互作用引起的。

3　智能水凝膠的應(yīng)用

水凝膠具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在水中能夠吸收大量的水分溶脹，并在溶脹后繼續(xù)保持其原有結(jié)構(gòu)而不被溶解。水凝膠類似于生命組織材料，表面粘附蛋白質(zhì)及細(xì)胞能力很弱，在與血液、體液及人體組織相接觸時(shí)，表現(xiàn)出良好的生物相容性，它既不影響生命體的代謝過(guò)程，代謝產(chǎn)物又可以通過(guò)水凝膠排出，比其它任何合成生物材料都接近活體組織，在性質(zhì)上類似于細(xì)胞外基質(zhì)部分，吸水后可減少對(duì)周?chē)M織的摩擦和機(jī)械作用，顯著改善材料的生物學(xué)性能。因此，水凝膠在生物醫(yī)藥、組織工程等方面得到了廣泛應(yīng)用，如可作為組織填充劑、藥物緩釋劑、酶的包埋、蛋白質(zhì)電泳、接觸眼鏡、人工血漿、人造皮膚、組織工程支架材料等。

3.1 分子器件

利用智能凝膠在外界刺激下的變形、膨脹、收縮時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械能，可以實(shí)現(xiàn)化學(xué)能和機(jī)械能的直接轉(zhuǎn)換，從而開(kāi)發(fā)以凝膠為主體的化學(xué)閥、驅(qū)動(dòng)器、傳感器、藥物控釋系統(tǒng)、分子分離系統(tǒng)等微機(jī)械產(chǎn)品。用凝膠制作微機(jī)械元件，由于凝膠柔軟有彈性，且其彈性模量可通過(guò)交聯(lián)密度調(diào)節(jié)，可使微機(jī)械元件的尺寸進(jìn)一步減小，并能保持足夠的驅(qū)動(dòng)力。同時(shí)，由于凝膠尺寸的減小，縮短了控制凝膠收縮與膨脹的擴(kuò)散距離，大大提高了凝膠的響應(yīng)速率。近來(lái)國(guó)外一些科學(xué)家正在探討利用凝膠受環(huán)境變化而變化的特性來(lái)研制凝膠微機(jī)械元件，并已取得了一些重要成果，引起了人們的高度重視，但國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)報(bào)道。

3.2 調(diào)光材料

利用智能型大分子和大分子水凝膠的環(huán)境敏感行為可以設(shè)計(jì)制作調(diào)光材料。它是一種溫度敏感材料，當(dāng)陽(yáng)光照射到凝膠時(shí)，一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。水凝膠系統(tǒng)的調(diào)光性賦予了其“開(kāi)關(guān)”溫度TS ，在TS以下凝膠網(wǎng)絡(luò)透明，而當(dāng)溫度升至TS以上則形成散光的微粒。MIT的Suzuki和Tanaka設(shè)計(jì)了一種對(duì)光敏感的PNIPPAM 凝膠。他們?cè)谀z中引入光敏成分葉綠素。光照時(shí)，葉綠素吸收光能使其微環(huán)境溫度升高，凝膠收縮，反之，凝膠溶脹。測(cè)得直徑為5Lm 的凝膠響應(yīng)時(shí)間約為5min。

3.3 生物醫(yī)學(xué)

醫(yī)用高分子材料指的是在醫(yī)學(xué)上使用的高分子材料，是一門(mén)介于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和高分子科學(xué)之間的新興學(xué)科。它涉及到物理學(xué)、化學(xué)、生物化學(xué)、病理學(xué)、醫(yī)學(xué)、輸血學(xué)等多種邊緣學(xué)科，是生物材料的重要組成部分。目前，醫(yī)用高分子材料的應(yīng)用已遍及整個(gè)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如血液接觸的高分子材料、組織工程用高分子材料、藥用高分子材料、醫(yī)藥包裝用高分子材料、眼科用高分子材料、醫(yī)用粘合劑和縫合線、醫(yī)療器械用高分子材料等等。

3.3.1 藥物傳輸控制系統(tǒng)

智能水凝膠具有傳遞藥物分子的孔道，對(duì)生理環(huán)境敏感，特別適合作為不溶于水的藥物和易被胃腸酶分解的蛋白類藥物的載體。作為這些藥物載體的水凝膠需有良好的生物相容性和生物降解性，在體內(nèi)酶或胃內(nèi)低PH環(huán)境中能夠保護(hù)藥物不被降解。研究較多的是溫敏水凝膠和PH敏感水凝膠。

3.3.1.1 黏膜給藥

黏膜給藥包括眼部黏膜、鼻黏膜、陰道黏膜等部位給藥。黏膜途徑給藥的pH敏感型原位凝膠研究得較多、也較為深入。

用流變學(xué)方法研究殼聚糖硫醇在體外的原位膠凝性質(zhì)。pH5.5條件下，殼聚糖硫醇中巰基數(shù)量明顯減少，表明已形成二硫鍵。所形成凝膠彈性的增強(qiáng)程度與聚合物中巰基的總量顯著相關(guān)，巰基數(shù)量越多，彈性系數(shù)G越大。殼聚糖硫醇化衍生物在5-6.8的PH范圍內(nèi)原位凝膠，可以用于眼部、鼻腔和陰道的黏膜給藥系統(tǒng)。

3.3.1.2 口服給藥

胃腸道PH呈遞增趨勢(shì)，胃液PH為1-3，十二指腸PH為4-5，其余腸段PH為6-8。對(duì)于在胃內(nèi)不穩(wěn)定的藥物，利用胃腸道PH的變化來(lái)開(kāi)發(fā)腸道釋放的劑型尤為重要。

用二縮三乙二醇雙甲基丙烯酸酯 (TEGDMA) 交聯(lián)制得pH 敏感的聚甲基丙烯酸 (PMAA) 水凝膠作為膨脹層，聚羥乙基丙烯酸甲酯 (PHEMA) 作為非膨脹層，將這兩種骨架層交聯(lián)得到一種具有雙層結(jié)構(gòu)并可自折疊的水凝膠微型裝置。再將具有生物粘附性的藥物粘附到非膨脹層的一面用于藥物傳輸。當(dāng)這種微型裝置進(jìn)入體內(nèi)，pH敏感的PMAA層接觸到體液后迅速膨脹，而PHEMA層無(wú)反應(yīng)。由于膨脹層和非膨脹層的區(qū)別，這個(gè)自折疊的裝置發(fā)生彎曲，從而延長(zhǎng)了在靶部位的停留時(shí)間，增強(qiáng)了生物粘附性。另外，非膨脹的PHEMA層可以作為擴(kuò)散屏障，給藥物提供了更好的保護(hù)和減少藥物在腸道中的損失。

聚乙烯醇與丙烯酸或甲基丙烯酸可形成共聚物，其凝膠具有PH敏感性溶脹行為。載有胰島素的凝膠在人工腸液（PH6.8）中釋放藥物，而在人工胃液（PH1.2）中不釋放藥物。到達(dá)小腸之前，載藥凝膠在胃酸環(huán)境中對(duì)藥物胰島素具有保護(hù)作用。凝膠在大鼠體內(nèi)的釋藥行為表明胰島素口服給藥對(duì)控制葡萄糖水平有效。

3.3.1.3注射給藥

將某些pH敏感型凝膠注射于機(jī)體組織后，在PH約7.4的體液環(huán)境中膠凝，形成藥物貯庫(kù)，緩慢持久釋放藥物。

在生物相容性共溶劑系統(tǒng)中制備聚甲基丙烯酸（PMA）和聚乙二醇（PEG）的水不溶性共聚物（IPC）的溶液，IPC溶液在生理PH條件下可轉(zhuǎn)變?yōu)槟z。共溶劑N-甲基吡咯烷酮/乙醇/水的最佳比例為1:1:2，IPC的濃度宜在30%-60%（W/V）。研究表明，該體系可承載、保護(hù)大分子藥物如蛋白質(zhì)和低聚核苷酸，并控制其緩慢釋放。

3.3.1.4 葡萄糖響應(yīng)的胰島素釋藥系統(tǒng)

根據(jù)智能水凝膠對(duì)葡萄糖響應(yīng)設(shè)計(jì)胰島素自調(diào)式釋藥系統(tǒng)一直是研究熱點(diǎn)。正常人體胰島素的釋放受機(jī)體反饋機(jī)制調(diào)節(jié)，維持血糖水平正常范圍，糖尿病患者注射胰島素有時(shí)會(huì)引起低血糖危急生命，目前研究較多的胰島素智能給藥系統(tǒng)主要包括：(1)載有葡萄糖氧化酶的智能水凝膠。(2)載有葡萄糖氧化酶的接枝多孔膜。(3)競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合型胰島素釋藥系統(tǒng)。設(shè)計(jì)這一釋藥系統(tǒng)的最大挑戰(zhàn)在于載體對(duì)葡萄糖有高度敏感性和自動(dòng)開(kāi)關(guān)能力，在特定時(shí)間定量釋藥。目前采用的水凝膠仍有不足，如響應(yīng)較慢，或是響應(yīng)后很難較快回到初始狀態(tài)，重現(xiàn)性有待改進(jìn)。

3.3.2 組織工程支架材料

水凝膠應(yīng)用于組織工程支架要求具有生物相容性、生物降解性、高含水量和細(xì)胞膜粘附性等。高度膨脹的三維環(huán)境含有大量的水，類似于生物組織環(huán)境，可以促進(jìn)細(xì)胞增殖和細(xì)胞活動(dòng)。

醫(yī)用聚丙烯酰胺水凝膠作為組織充填材料已廣泛用于人體各部位，它是一類具有親水基團(tuán)，能被水溶脹但不溶于水的聚合物。水凝膠中的水可使溶于其中的低分子量物質(zhì)從其間滲透擴(kuò)散，具有膜的特性，類似于含大量水分的人體組織，具有較好的生物相溶性。而且聚丙烯酰胺水凝膠為大分子物質(zhì)，不吸收、不脫落、不碎裂，在彌散的環(huán)境下能很好保持水分，有較好的粘度、彈性和柔軟度，適合人體組織結(jié)構(gòu)。

3.3.3 人工玻璃體

PVP 水凝膠是第一個(gè)用作病變的玻璃體替代物的合成高聚物。作為一種優(yōu)異的病變玻璃體替代物，PVP水凝膠具有良好的生物相溶性和生物物理光學(xué)特性，其網(wǎng)狀支架對(duì)眼球內(nèi)的新陳代謝成分具有良好的通透性。另外，PVP水凝膠具有粘彈性，表現(xiàn)出良好的內(nèi)填充作用，可以封閉裂孔，展平視網(wǎng)膜。

3.3.4 人工軟骨

PVA 水凝膠的高含水性及其特殊的表面結(jié)構(gòu)與天然軟骨組織非常相似，具有良好的生物相容性和摩擦學(xué)特性，同時(shí)該水凝膠具有類似于天然軟骨的多微孔組織，內(nèi)含大量的水，是一種可滲透材料，其彈性模量和人關(guān)節(jié)軟骨相近，有望成為理想的人工軟骨材料。

3.3.5 醫(yī)用敷料

敷料的主要類型有兩種：干型，如紗布；濕型，如水凝膠。水凝膠的優(yōu)點(diǎn)是可吸收滲液形成凝膠，且吸收滲液后的凝膠不會(huì)沾粘傷口；可加速上皮細(xì)胞生長(zhǎng)，加速新微血管增生；隔絕細(xì)菌侵犯，抑制細(xì)菌繁殖。目前用水凝膠作創(chuàng)面敷料在美國(guó)、日本及歐洲一些國(guó)家已經(jīng)商品化，但在國(guó)內(nèi)尚屬空白。

用藻酸鈣纖維制成的水凝膠，與傷口滲液接觸后形成光滑的凝膠體，可有效清創(chuàng)且使傷口表面的細(xì)胞殘屑、細(xì)菌、微生物等被包裹、鎖定在凝膠體中，而且在藻酸鈣與傷口滲液中的鈉離子結(jié)合形成凝膠的同時(shí)將鈣離子釋放，傷口表面鈣離子的大量集結(jié)可加速創(chuàng)面止血，促進(jìn)創(chuàng)面愈合。

當(dāng)羧甲基纖維素鈉微粒與創(chuàng)面滲出物作用時(shí)，劇烈膨脹形成一種不與創(chuàng)面粘連的凝膠，該凝膠具有較強(qiáng)的滲液吸收能力和良好的蒸發(fā)性能，并能快速溶解焦痂，清除腐敗組織。

3.3.6 角膜接觸鏡材料

角膜接觸鏡俗稱隱形眼鏡，是一種兼具視力矯正、美容、眼睛防護(hù)和醫(yī)療作用的產(chǎn)品。使用α-甲基丙烯酸β-羥乙酯聚合物( PHEMA) 作為制造角膜接觸鏡的材料。用這種PHEMA 材料制造的水凝膠角膜接觸鏡配戴舒適度比較高，但含水量不高，氧氣通過(guò)性能不好，不能長(zhǎng)時(shí)間配戴。采用親水性能更高的PVP共聚物水凝膠，作為制造角膜接觸鏡的材料，可解決上述問(wèn)題。

3.3.7 組織培養(yǎng)

利用PNIPAM水凝膠的溫敏性可將它接枝于固體表面，通過(guò)調(diào)節(jié)溫度改變固體表面的親水性。在培養(yǎng)皿內(nèi)壁接枝PNIPAM，用此培養(yǎng)皿接枝培養(yǎng)細(xì)胞，成活率較傳統(tǒng)的酶洗脫法高得多。

3.3.8 在分析和醫(yī)學(xué)診斷方面的應(yīng)用

根據(jù)水凝膠的環(huán)境敏感性，可將它與生物傳感器物理元件相連，然后將生物分子固定在水凝膠表面或內(nèi)部，便可得到生物傳感器，用于診斷疾病及做日常監(jiān)測(cè)。例如，利用水凝膠固定抗原，可用于免疫檢測(cè)。

3.3.9 血紅蛋白氧氣載體

血紅蛋白 (Hb) 作為血液代用品，具有高效載氧功能，但天然無(wú)基質(zhì)Hb溶液不能直接作為紅細(xì)胞代用品。目前血紅蛋白氧氣載體 (HBOC) 主要分為化學(xué)修飾Hb、基因重組Hb和包囊Hb。用脂質(zhì)體包封Hb，易導(dǎo)致Hb變性，Hb微膠囊存在快速釋放的缺陷，另外，這些微膠囊沒(méi)有紅細(xì)胞那樣柔軟的外壁，也不能在網(wǎng)狀內(nèi)皮組織系統(tǒng)中快速流動(dòng)。用納米水凝膠微粒包封Hb，具有機(jī)械性能穩(wěn)定，裝填能力高，膨脹收縮可控，質(zhì)地柔軟和在網(wǎng)狀內(nèi)皮組織系統(tǒng)中流動(dòng)快等優(yōu)點(diǎn)。

Jaqunda N. Patton 等報(bào)道了通過(guò)光引發(fā)聚合得到溫敏性PNIPAAM水凝膠納米粒包封牛血紅蛋白 (BHb) 作為氧氣載體，生理溫度變化可引起PNIPAAM水凝膠納米粒膨脹和收縮，對(duì)zeta電位、氧氣親和力和協(xié)同性都有影響。當(dāng)溫度從40℃降至29℃時(shí)，納米粒水凝膠膨脹，減少了氧氣傳輸時(shí)的阻力。AndreF. Palmer 等將BHb與pH敏感的PAAM交聯(lián)合成HBOC。這種pH敏感的HBOC可以靶向的將高效載氧的血紅蛋白運(yùn)輸?shù)接捎谏韕H值下降而引發(fā)低氧狀態(tài)的組織。

3.3.10 水凝膠微透鏡

智能水凝膠微透鏡是一種新型的蛋白質(zhì)檢驗(yàn)方法。聚-異丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸(PNIPAM-co-AAC)微凝膠與生物素偶聯(lián)制成動(dòng)態(tài)可調(diào)式生物素化凝膠微透鏡。這種可調(diào)式凝膠微透鏡是通過(guò)靜電作用吸附在氨丙基三甲氧基硅烷化的玻璃基片上制得。研究者將生物素化的凝膠微透鏡與未生物素化的凝膠微透鏡相對(duì)比，發(fā)現(xiàn)特定的蛋白質(zhì)溶液能引起生物素化的凝膠微透鏡平衡膨脹體積變化和折射率的改變，而未生物素化的凝膠微透鏡則對(duì)其不敏感。另外，這些凝膠微透鏡在受到外界刺激時(shí) (如溫度、pH和光子流量)，其光學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。

3.3.11 用于活性酶的固定

酶的固定化技術(shù)的發(fā)展給酶制劑的應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。與自由酶相比，固定化酶的最顯著的優(yōu)點(diǎn)是在保證酶一定活力的前提下，具有貯存穩(wěn)定性高、分離回收容易、可多次重復(fù)使用、操作連續(xù)及可控、工藝簡(jiǎn)便等一系列優(yōu)點(diǎn)。溫度敏感性水凝膠由于其在臨界溫度附近溶脹度顯著變化的特點(diǎn)，使其已成為固定化酶的一種理想包埋載體。

4　展望

智能型水凝膠在許多應(yīng)用方面具有很大的潛能，如pH敏感和溫度敏感水凝膠可用于靶向藥物的控制釋放，對(duì)特定分子(如葡萄糖、抗原等)響應(yīng)的水凝膠，既可用于生物傳感器也可用于藥物釋放體系，光敏感型、壓力敏感型及電敏感型水凝膠也有用于藥物釋放和生物分離的潛力。

雖然從理論上來(lái)說(shuō)實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用是可行的，但實(shí)際應(yīng)用還要求對(duì)水凝膠的性能進(jìn)行很大的改進(jìn)。所有這些刺激響應(yīng)型水凝膠的最顯著的缺點(diǎn)是它們的響應(yīng)速度太慢，因此制備快速響應(yīng)性水凝膠是智能型水凝膠研究領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最簡(jiǎn)單的方法是制備較薄和較小的水凝膠，但這種水凝膠往往沒(méi)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度以滿足實(shí)際應(yīng)用。另外用于藥物載體的智能型水凝膠還要求有生物相容性和體內(nèi)降解性等，選用更理想的材料設(shè)計(jì)體積小、響應(yīng)快、能依據(jù)人體生理環(huán)境調(diào)節(jié)的水凝膠仍是目前面臨的一大挑戰(zhàn)。凝膠在體內(nèi)的代謝過(guò)程比較復(fù)雜，新材料的釋藥性、安全性需全面考察，凝膠與細(xì)胞黏連、蛋白吸附、生物排異等諸多問(wèn)題亟待解決。

總之，研究開(kāi)發(fā)具有優(yōu)異性能的智能型水凝膠是一個(gè)富有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，如果能及時(shí)總結(jié)已有的成果并將其應(yīng)用于未來(lái)的研究中，將低毒性、良好的生物相容性和生物降解性、優(yōu)良的機(jī)械性能和環(huán)境敏感性這幾點(diǎn)完美結(jié)合起來(lái)，制備出新型、綠色的智能水凝膠是我們努力的研究方向。

參 考 文 獻(xiàn)

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第5篇：導(dǎo)電高分子材料的研究進(jìn)展范文

關(guān)鍵詞：導(dǎo)電粉；銻摻雜氧化錫；防靜電陶瓷；亞光釉

1 引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，靜電現(xiàn)象在信息工業(yè)、紡織工業(yè)、航天航空等行業(yè)中普遍存在。靜電在一些敏感儀器和場(chǎng)所中可能會(huì)導(dǎo)致致命的危害，所以靜電的預(yù)防對(duì)于有易燃、以潛在易爆材料為內(nèi)部結(jié)構(gòu)的建筑物而言是必不可少的。當(dāng)材料的表面電阻達(dá)到105～109 Ω時(shí)，積聚的靜電會(huì)被盡快地釋放，從而達(dá)到防靜電的效果[1]。然而在需要防靜電的各種場(chǎng)所中，許多材料如陶瓷、木材、玻璃、水泥、涂料、塑料、衣服、鞋等均為絕緣體材料，要使其到防靜電的要求，必須降低電阻[2、3]。

目前廣泛使用的防靜電產(chǎn)品有環(huán)氧和三聚氰胺、PVC防靜電涂料、地板、防靜電橡膠板等高分子材料，其存在易老化、不耐磨、易污染、耐久性和防火欠佳等缺點(diǎn)。而防靜電陶瓷磚在克服上述缺點(diǎn)的同時(shí)又兼具了傳統(tǒng)陶瓷墻地磚強(qiáng)度高、抗污能力強(qiáng)、裝飾效果較好的優(yōu)點(diǎn)，是防靜電PVC、水磨石、花崗巖等材料的優(yōu)良替代品[4、5]。近年來(lái)防靜電陶瓷已經(jīng)被應(yīng)用于醫(yī)院手術(shù)室、地鐵、能源、國(guó)防、航天、航空、電子、石油化工信息及民用生活等領(lǐng)域，具有廣闊的市場(chǎng)空間和發(fā)展前景。

通過(guò)比較市場(chǎng)銷(xiāo)售的防靜電陶瓷產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)存在價(jià)格偏高、表面電阻偏大、釉面光澤度高、表面裝飾性差等缺陷，因此本研究以亞光仿古磚的生產(chǎn)工藝為平臺(tái)，通過(guò)配方的深入研究、生產(chǎn)工藝路線的創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)出成本合適、亞光、手感好的防靜電陶瓷產(chǎn)品，滿足市場(chǎng)需求，開(kāi)拓新的發(fā)展方向。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1 樣品制備

實(shí)驗(yàn)原料為工業(yè)純的釉用原料，按配方稱取一定量的原料后，加入適量CMC、三聚和水放入球磨罐中球磨，料：水=2：1，每100 g干料球磨8 min得到釉漿。施釉方式是小試用刮釉或噴釉，中試、大生產(chǎn)則用淋釉。施釉后的樣品在180℃干燥0.5 h后在輥道窯燒成，最高表溫1205℃，燒成時(shí)間48 min，得到樣品。

2.2 檢測(cè)

樣品的晶相用荷蘭PANalytical X’Pert PRO型X射線衍射儀進(jìn)行定性分析（XRD），測(cè)試條件為：Cu靶Kα，λ=0.154060 nm，管壓為40 kV，管流為40 mA，掃描范圍5° ≤ 2θ ≤ 90°，停留時(shí)間8 s。

樣品的顯微結(jié)構(gòu)采用德國(guó)ZEISS公司生產(chǎn)的LEO1530VP掃描電鏡，測(cè)試參數(shù)如下：分辨率1 nm（20 KV），放大倍數(shù)20～90 000×，加速電壓 0.1 ～30 kV。釉面在測(cè)試前用5 vol%的HF溶液腐蝕25 s。樣品的微區(qū)成分可用掃描電鏡配備的能譜儀（Energy dispersive spectrometer，EDS）進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試條件與掃描條件相同。

采用動(dòng)態(tài)激光散射粒度分析儀（Dynamic Laser Scattering Particle Sizer，DLS）檢測(cè)顆粒粒徑，設(shè)備為珠海市歐美克儀器有限公司生產(chǎn)的LS-POP（9）激光粒度分析儀。

采用常州海爾帕電子科技有限公司的HPS2683A型高阻計(jì)測(cè)量樣品表面電阻，以此判斷樣品的導(dǎo)電能力作為是否防靜電的重要指標(biāo)。測(cè)試電壓為500 V，小試的測(cè)試距離為30 cm，中試和生產(chǎn)時(shí)的測(cè)試測(cè)試距離為30 cm和整磚的對(duì)角線距離。根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 26539-2011的要求，防靜電陶瓷的電阻值為5×104～1×109 Ω，即0.05～1000 MΩ。

其他的釉面性能如耐化學(xué)腐蝕性、耐污染性和磨耗按照國(guó)標(biāo)要求進(jìn)行檢測(cè)。

3 結(jié)果與討論

3.1 導(dǎo)電粉的基本性質(zhì)

導(dǎo)電粉是防靜電陶瓷的核心原料，目前常用的導(dǎo)電粉有銻摻雜氧化錫（ATO）、鋁摻雜氧化鋅（AZO）、TiC和TiB等，其中ATO因其良好的抗靜電性、耐候性和穩(wěn)定性被大量應(yīng)用于導(dǎo)電纖維、橡膠、塑料和陶瓷中用作導(dǎo)電填料。本項(xiàng)目即選用銻摻雜氧化錫（ATO）導(dǎo)電粉

首先對(duì)導(dǎo)電粉的基本性質(zhì)進(jìn)行了檢測(cè)。圖1為導(dǎo)電粉的XRD圖，顯示含有氧化錫（SnO2）和氧化銻（Sb2O3）兩種晶體，與原料成分一致。Sb進(jìn)入SnO2后形成ATO固溶體，Sb不改變SnO2的晶體結(jié)構(gòu)但會(huì)賦予其優(yōu)良的導(dǎo)電性能，所以ATO的晶格參數(shù)與SnO2相同，具有相同的衍射峰。Sb2O3衍射峰來(lái)源于未進(jìn)入SnO2晶格中的游離Sb2O3。

圖2為導(dǎo)電粉的掃描電鏡圖。導(dǎo)電粉由粒徑0.1～0.3 μm和>0.5 μm的顆粒組成，整體分布均勻、團(tuán)聚較少，這得益于導(dǎo)電粉的制備方法是液相法：首先將SnCl4?5H2O和SbCl3溶于強(qiáng)酸溶液，然后與堿液反應(yīng)，制得氫氧化錫銻前驅(qū)體，再將沉淀洗滌、干燥、煅燒即得到納米ATO顆粒[6，7]。該方法具有成本低、工藝操作簡(jiǎn)單、顆粒的形狀和粒徑容易控制、合成周期短、適合大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

導(dǎo)電粉的粒徑分布見(jiàn)圖3。從圖中可以看出導(dǎo)電粉顆粒非常細(xì)小，基本都小于1 μm，且顆粒粒徑主要分布在0.2～0.4 μm和0.65～1.0 μm兩個(gè)區(qū)間，這一結(jié)果與掃描電鏡圖一致。

坯釉適應(yīng)性是指陶瓷坯體與釉層有相互適應(yīng)的物理性質(zhì)（主要指熱膨脹系數(shù)匹配），釉面不至龜裂或剝落的性質(zhì)[8]：當(dāng)α釉>α坯時(shí)，冷卻過(guò)程中釉的收縮比坯體大，釉受到坯體給予的張應(yīng)力，如果張應(yīng)力過(guò)大會(huì)使得釉層出現(xiàn)交錯(cuò)的網(wǎng)狀裂紋，單產(chǎn)品會(huì)下凹；當(dāng)α釉

表1 導(dǎo)電粉的熱膨脹系數(shù)

3.2 釉料配方的調(diào)制

了解了導(dǎo)電粉的基本性質(zhì)后開(kāi)始進(jìn)行防靜電釉的調(diào)制，目標(biāo)是要得到一種導(dǎo)電性能好、亞光效果（光澤度

表2 因素水平表

通過(guò)在正交實(shí)驗(yàn)7#配方的基礎(chǔ)上適當(dāng)調(diào)整長(zhǎng)石、氧化鋁的含量并引入亞光熔塊后得到了手感、導(dǎo)電性和光澤度都達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)釉。將該配方采用噴釉方法施與600×600 mm的磚坯表面，燒后的產(chǎn)品光澤度15 ～ 17°，整磚對(duì)角線電阻130 ～ 500 MΩ符合國(guó)標(biāo)要求，但仍然存在兩個(gè)問(wèn)題：（1）整體偏拱，對(duì)角線拱1.2 ～ 1.3（如圖4a）。這是由于引入較多導(dǎo)電粉且導(dǎo)電粉的熱膨脹系數(shù)很小，冷卻時(shí)釉面的收縮比坯體小，導(dǎo)致磚體偏拱；（2）表面存在較多開(kāi)口泡和閉口泡，這是由于坯體中含有拋光渣，在高溫下發(fā)泡引起的。為了調(diào)整面釉熱膨脹系數(shù)引入一些膨脹系數(shù)較大的原料和熔塊，但實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這些原料會(huì)對(duì)表面電阻產(chǎn)生不利影響，所以決定在坯體和面釉之間增加一層化妝土。實(shí)驗(yàn)表明引入化妝土一方面可以調(diào)節(jié)磚形，使整體上凸或下凹控制在0.5以內(nèi)（如圖4b），另一方面也會(huì)明顯改善面釉的缺陷，基本解決表面針孔，并且增加釉面白度。

3.3 導(dǎo)電粉的加入量對(duì)釉面性能的影響

正交實(shí)驗(yàn)表明表面電阻隨導(dǎo)電粉加入量的增加而降低，但因?yàn)閷?dǎo)電粉成本太高，因此需要在導(dǎo)電粉的加入量和電阻值之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)。表4為導(dǎo)電粉的加入量對(duì)電阻值和釉面性能的影響。當(dāng)導(dǎo)電粉的加入量為25%時(shí)，成本合適，電阻值也符合國(guó)標(biāo)，釉面其他各項(xiàng)性能都符合要求。

3.4 釉面的顯微結(jié)構(gòu)及防靜電機(jī)理

材料內(nèi)部必須有攜帶電荷的載流子與可供載流子高速移動(dòng)的導(dǎo)電通道是材料導(dǎo)電必須具備的兩個(gè)條件。材料的電導(dǎo)率可用公式（1）[7]表示：

σ = neμ

其中n代表載流子濃度，e代表電子的電量，μ代表載流子的遷移率。從上式可以看出材料的導(dǎo)電性能主要受材料中的載流子濃度和載流子遷移率這個(gè)兩個(gè)因素的影響。純SnO2是一禁帶寬度達(dá)3.8 eV的絕緣體，可通過(guò)摻雜Sb，Nb等高價(jià)金屬離子形成主能級(jí)后形成N型半導(dǎo)體。其中銻摻雜效果最好，可使其具有準(zhǔn)金屬的特性因此現(xiàn)階段制備氧化錫導(dǎo)電粉是以銻摻雜為主，即氧化銻摻雜的氧化錫（ATO）。Sb是一種變價(jià)元素，Sb2O3在一定溫度下可氧化成Sb2O4，可看成由Sb2O3?Sb2O5組成，Sb5+可進(jìn)入SnO2晶格從而取代晶格中四價(jià)Sn離子的位置，最后形成價(jià)控半導(dǎo)體[7，9]。所以，ATO粉體導(dǎo)電是由于晶格中氧空位缺陷以及Sb5+在N禁帶形成施主能級(jí)并向?qū)峁﹏型載流子。將ATO導(dǎo)電粉加入釉料中后，根據(jù)Nakarnura等提出的Sb摻雜SnO2在玻璃體中的導(dǎo)電模型，燒成后會(huì)形成富含半導(dǎo)體成份的熔體層，熔體層相互接觸形成了良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)（見(jiàn)圖5），從而使釉面電阻下降，達(dá)到防靜電的要求[4、10]。

圖6是防靜電釉面的XRD圖，釉中主要晶體與導(dǎo)電粉相似（見(jiàn)圖1），為SnO2和Sb2O3。同時(shí)，釉面也有鋇長(zhǎng)石晶體（BaAl2Si2O8）析出，由于釉料配方中含有較多的碳酸鋇，原料在加熱過(guò)程中相互反應(yīng)生成鋇長(zhǎng)石。

釉面的顯微結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7，二次電子（圖7a）和背散射電子（圖7b）圖像顯示釉面主要包含長(zhǎng)度約為4 μm的棒狀（或塊狀）晶體和直徑約為0.3 μm的球狀晶體。根據(jù)圖6的XRD和圖2導(dǎo)電粉的形貌分析可以推斷其中球狀的晶體為導(dǎo)電粉，棒狀（或塊狀）晶體為鋇長(zhǎng)石。研究表明，鋇長(zhǎng)石的析晶能夠改變玻璃相中Al、Si的含量，相應(yīng)地增加了熔劑成分的量，熔劑成分的增加促進(jìn)在導(dǎo)電粉的周邊形成導(dǎo)電熔體層，因而有利于釉面的導(dǎo)電性能[4]。但需要注意的是鋇長(zhǎng)石這類第二相的存在也會(huì)對(duì)釉中導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成具有“阻隔效應(yīng)”，增大電阻，因此生產(chǎn)時(shí)要控制第二相晶體的析出量，從而得到各項(xiàng)性能符合要求的防靜電釉面。

4 結(jié)論

通過(guò)調(diào)整各原料的用量，加入適量的導(dǎo)電粉和亞光熔塊，成功制備出成本合適、光澤度低和表面質(zhì)感好的防靜電陶瓷磚，得到的主要結(jié)論如下：

（1）導(dǎo)電粉是最核心的原料，選擇顆粒細(xì)小的導(dǎo)電粉一方面容易與釉漿混合均勻，另一方面在高溫下容易形成導(dǎo)電熔體層，有利于整體的導(dǎo)電性。但因?yàn)閷?dǎo)電粉的熱膨脹系數(shù)較小，需要注意燒后陶瓷磚的平整度。

（2）僅調(diào)節(jié)防靜電面釉很難解決磚形偏拱的難題，創(chuàng)新性地通過(guò)施加一層化妝土，在改善磚形的同時(shí)也能明顯改善釉面缺陷，提高產(chǎn)品品質(zhì)。

（3）鋇長(zhǎng)石的析晶能夠間接提高釉熔體中熔劑的含量，促進(jìn)導(dǎo)電熔體層形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，但是鋇長(zhǎng)石等第二相晶體的存在也會(huì)對(duì)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)起到阻隔作用，增大電阻，因此生產(chǎn)時(shí)要注意控制第二相晶體的析出量。

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第6篇：導(dǎo)電高分子材料的研究進(jìn)展范文

【關(guān)鍵詞】二氧化鈦；制備；應(yīng)用

0.引言

二氧化鈦俗稱鈦白粉，鈦白粉的粘附力強(qiáng)，不易起化學(xué)變化，它不溶于酸、堿、水及一般有機(jī)溶劑，甚至也不與化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)烈的氣體如氯、硫化氫等發(fā)生反應(yīng)。而且它無(wú)毒，在常溫常壓下物理性質(zhì)也非常穩(wěn)定，具有高的熔點(diǎn)，耐蝕性高，導(dǎo)電性低，鈦在地球金屬元素中儲(chǔ)藏量很大，它有三種晶型：金紅石、銳鈦礦、板鈦礦，絕大部份以二氧化鈦的氧化型態(tài)存在地球各處，即原料易得。所以它具有耐久、耐磨耗性、安全性高、經(jīng)濟(jì)性與廣泛實(shí)用用途等優(yōu)勢(shì)。

1.納米二氧化鈦的制備方法

納米TiO2制備方法有很多種，歸結(jié)起來(lái)可以分為氣相法和液相法兩大類，下面對(duì)這兩種方法進(jìn)行綜述。

1.1氣相法

1.1.1低壓氣體蒸發(fā)法

在低壓的氬氣，氮?dú)獾葰怏w中加熱二氧化鈦，使其蒸發(fā)后形成超微?；蚣{米微粒的方法。其原理：在蒸發(fā)爐先形成高真空，然后充入一定壓力的惰性氣體，將原料二氧化鈦放入干鍋中，啟動(dòng)加熱裝置進(jìn)行加熱蒸發(fā)，是固體二氧化鈦?zhàn)優(yōu)闅怏w二氧化鈦，由于惰性氣體的存在，與蒸發(fā)氣產(chǎn)生對(duì)流，使得氣體二氧化鈦向上運(yùn)動(dòng)，并接近充冷液氮的冷卻裝置，氣體二氧化鈦原子被冷卻，在蒸氣中形成很高的局域過(guò)飽和，導(dǎo)致均勻成核過(guò)程，在接近冷卻棒的過(guò)程中，二氧化鈦蒸氣首先形成原子簇，然后形成單個(gè)納米微粒。

1.1.2活性氫—熔融金屬反應(yīng)法

活性氫—熔融金屬反應(yīng)法是利用含有氫氣的等離子體與金屬鈦之間產(chǎn)生電弧,高壓電弧使金屬熔融，電離的N2，Ar等氣體和H2溶入熔融金屬,然后釋放出來(lái)，在氣體中形成了金屬的超微粒子，用離心收集器或過(guò)濾式收集器使微粒與氣體分離而獲得納米二氧化鈦微粒。

1.1.3濺射法

濺射法是利用兩塊金屬板分別作為陽(yáng)極和陰極,陰極為蒸發(fā)用的材料，在兩電極間充入Ar氣,兩電極間施加的電壓范圍為0.3-1.5kV。由于兩電極間的輝光放電使Ar離子形成。在電場(chǎng)的作用下Ar離子沖擊陰極靶材表面,靶上的TiO2就由其表面蒸發(fā)出來(lái)，被惰性氣體冷卻而凝結(jié)成納米TiO2粉末，粒度在50nm以下，粒徑分布較窄。

1.1.4流動(dòng)液面上真空蒸發(fā)法

用電子束在高真空下加熱蒸發(fā)TiO2，蒸發(fā)物落到旋轉(zhuǎn)的圓盤(pán)下表面油膜上，通過(guò)圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)的離心力在下表面上形成流動(dòng)的油膜，含有超微粒子的油被甩進(jìn)了真空室的壁面,然后在真空下進(jìn)行蒸餾獲得TiO2超微粒子。

1.2液相法

液相法是目前使用最為廣泛的一種方法，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：原料來(lái)源比較廣泛，操作設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，可用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，目前最常見(jiàn)的有沉淀法，水熱法，溶膠凝膠法，微乳液法。

1.2.1沉淀法

沉淀法是在無(wú)機(jī)鈦鹽溶液中加入沉淀劑(如OH等)后，在一定溫度下使溶液發(fā)生水解，形成不溶性鈦的氫氧化物或鈦鹽從溶液中析出，并將溶劑或溶液中原有的陰離子洗去，經(jīng)熱分解或脫水即得到所需的二氧化鈦粉料。

1.2.2水熱法

水熱法制備納米粉體是在特制的密閉反應(yīng)容器(高壓釜)里，采用水溶液作為反應(yīng)介質(zhì),通過(guò)對(duì)反應(yīng)容器加熱，創(chuàng)造一個(gè)高溫、高壓反應(yīng)環(huán)境,使前驅(qū)物在水熱介質(zhì)中溶解,進(jìn)而成核、生長(zhǎng)、最終形成具有一定粒度和結(jié)晶形態(tài)的晶粒水熱法制備粉體常采用固體粉末或新配制的凝膠作為前驅(qū)體，第一步是根據(jù)反應(yīng)原理，將反應(yīng)物混合加入進(jìn)行反應(yīng)，制備鈦的氫氧化物凝膠，第二步將凝膠轉(zhuǎn)入高壓釜內(nèi)，加熱(

1.2.3溶膠凝膠法

溶膠凝膠法是用含高化學(xué)活性組分的化合物作為前驅(qū)體，在液相下將這些原料均勻混合，并進(jìn)行水解，縮合化學(xué)反應(yīng)，在溶液中形成穩(wěn)定的透明溶膠體系，溶膠經(jīng)陳化膠粒間的緩慢聚合，形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠，凝膠網(wǎng)絡(luò)間充滿了失去流動(dòng)性的溶劑，形成凝膠。凝膠經(jīng)過(guò)干燥后燒結(jié)固化制備出納米亞結(jié)構(gòu)的材料。

1.2.4微乳液法

微乳液法是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種制備二氧化鈦的新方法，微乳液法制備納米二氧化鈦是在表面活性劑的作用下，使水溶液高度分散在油相中形成熱力學(xué)的穩(wěn)定體系，反應(yīng)得到無(wú)定形的二氧化鈦，進(jìn)一步煅燒，析晶得到。

2.納米二氧化鈦材料的應(yīng)用

早期的二氧化鈦被應(yīng)用于涂料，化妝品，抗菌劑，污水凈化等領(lǐng)域，隨著納米二氧化鈦材料的發(fā)展，其應(yīng)用更為廣泛，在光催化，尤其是在光伏電池方面得到應(yīng)用。

2.1光催化應(yīng)用

二氧化鈦被認(rèn)為是最有效且環(huán)保的催化劑，其光催化原理是當(dāng)二氧化鈦受到彼長(zhǎng)小于38715nm的紫外光的照射時(shí)，價(jià)帶上的電子躍遷到導(dǎo)帶，激發(fā)電離出電子的同時(shí)產(chǎn)生正電性的空穴，形成電子-空穴對(duì)，與吸附溶解在其表面的氧氣和水反應(yīng)。分布在表面的空穴將OH和H2O氧化成HO自由基。HO自由基的氧化能力是在水體中存住的氧化劑中最強(qiáng)的，能氧化大部分的有機(jī)污染物和無(wú)機(jī)污染物，而且對(duì)反應(yīng)物幾乎無(wú)選擇性，在光催化氧化中起著決定性的作用。

2.2光伏電池應(yīng)用

二氧化鈦制作的電極近幾年來(lái)在光伏電池上，尤其是染料敏化電池上有了很大的研究，并有了很大的應(yīng)用。DSSC是一種電化學(xué)太陽(yáng)電池，但與常規(guī)的電化學(xué)太陽(yáng)電池相比，在半導(dǎo)體電極與染料上有很大的改進(jìn)。DSSC作為薄膜光伏電池的一種，主要的優(yōu)勢(shì)是原材料豐富，成本低廉，性能穩(wěn)定，制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。電池制作中主要工藝是大面積絲網(wǎng)印刷技術(shù)和簡(jiǎn)單浸泡方法，有利于大面積工業(yè)化生產(chǎn)。而且原材料和生產(chǎn)工藝都無(wú)毒、無(wú)污染，電池中的導(dǎo)電玻璃可以得到充分的回收，對(duì)保護(hù)環(huán)境有重要的意義。TiO2電極的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對(duì)DSSC 的性能起著重要作用。染料敏化TiO2納晶薄膜太陽(yáng)能電池是一種新型的高效、低成本太陽(yáng)能電池。Zukalova M等用有序多孔TiO2納米晶體薄膜為電極制備的光伏電池,與用相同厚度的傳統(tǒng)無(wú)序銳鈦礦相TiO2納米晶體薄膜為電極制備的光伏電池相比,太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率提高了50%。在光伏電池中用TiO2納米管做電極時(shí),由于納米管電極的電子密度更高,太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率更高。

3.結(jié)束語(yǔ)

納米二氧化鈦粒子以其優(yōu)異的性能在工業(yè)上獲得了廣泛應(yīng)用，日本的帝國(guó)化工公司、曹達(dá)公司，德國(guó)的迪高公司等外國(guó)公司均已實(shí)現(xiàn)了納米二氧化鈦的工業(yè)化生產(chǎn)，而我國(guó)納米二氧化鈦的研究歷史較短。從目前研究的各種的制備方法來(lái)看,主要存在以下一些問(wèn)題：1)如何通過(guò)控制化學(xué)計(jì)量比和非化學(xué)計(jì)量比來(lái)控制粉末的組成、形狀、大小和粒度分布，有待于進(jìn)一步深入研究。2)各種方法都存在規(guī)模小、生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn)，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。對(duì)納米粉末的微觀結(jié)構(gòu)研究還有待于進(jìn)一步深入，對(duì)納米二氧化鈦微粉特有的化學(xué)、物理機(jī)械性能,應(yīng)從理論、微觀結(jié)構(gòu)入手研究他們產(chǎn)生的機(jī)理?？傊?隨著納米材料體系和各種超結(jié)構(gòu)體系研究的開(kāi)展和深入，納米二氧化鈦超細(xì)粒子制備技術(shù)將會(huì)得到日益改進(jìn)。　[科]

【參考文獻(xiàn)】

［1］張燁.納米二氧化鈦光催化技術(shù)在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用.大理學(xué)院學(xué)報(bào),2006，（4）．

［2］石玉龍，謝廣文.二氧化鈦的用途及其薄膜的制備方法[J].電機(jī)電器材料,2000,(3):37-40．

［3］石西昌,王賽,王勁.納米TiO2的制備[J].化工新型材料,2003,(03)．