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刺激响应性智能器件的制备及智能材料微驱动的研究

作　者: 郭贤鹏
导　师: 石峰
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 刺激响应性 功能协同器件 原位转换 微驱动控制 迷你机器人
分类号: TB381
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着材料科学的发展,响应性智能材料越来越受到人们的关注,但对其控制与应用等方面一直存在问题,如响应性材料结合问题,原位转换问题,应用问题等。本文通过制备具有刺激响应性的智能器件,将三种智能材料结合在一起,实现了响应性材料的结合并完成复杂任务的过程,实现了pH值响应性镍网的原位转换,实现了学科间的交叉渗透,并且研究了应用智能材料实现对器件的微驱动控制。本论文主要针对以下内容进行研究：(1)我们将超疏水减阻涂层,H202响应性表面与pH响应性表面,三种智能材料集成于一体,首次通过利用三部分相互协同,调节溶液pH值原位实现了智能器件从静止-运动-静止的过程。在这个小型系统中,智能微器件运动状态的改变依靠以下三部分协同完成:超疏水泡沫镍船体,H202响应性金片,pH值响应性镍网。第一,超疏水泡沫镍船体,其表面沉积金微纳米粗糙结构且修饰低表面物质(HS(CH2)11CH3),有良好的超疏水性质,与水接触时会产生气膜,进而起到减阻的作用。第二,H2O2响应性金片,由于其表面覆盖粗糙度较高的铂涂层,能催化H202快速分解,释放氧气作为运动能源,起到驱动器的作用,实现了用智能材料作为微器件驱动装置的过程。第三,pH值响应性镍网,其表面先沉积金结构再修饰混合硫醇,具有对酸碱响应能力,能控制镍网表面润湿性变化,利用这种特性实现了控制器件的启动与停止,原位的实现了静止-运动-静止过程的转换。也是首次整合三种智能材料来制备一个具有协同功能的微型机器人,我们的研究工作有望推动纳米材料从主动纳米结构向集成纳米系统的发展进程。(2)pH值响应性材料存在一些问题,如需要改变液体环境中的酸碱性等,实验中希望对光敏性材料进行了初步的探索。实验中,合成偶氮苯衍生物,将其组装在基底表面,希望不改变液体环境,仅仅通过改变照射波长,而较快速达到材料表面润湿性的变化。实验利用水测试其表面润湿性,发现在可见光下直接接触去离子水时为疏水状态,在利用α-CD溶液对其末端改性,经过α-CD溶液处理表面后,呈现亲水状态,在紫外光照射后洗去表面α-CD,在可见光下能够恢复疏水状态。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-16
第一章 绪论  16-32
  1.1 智能响应性材料  16-25
    1.1.1 智能响应性材料的种类  16-18
    1.1.2 智能响应性材料的制备与控制  18-21
    1.1.3 智能响应性材料的研究发展与功能协同体系  21-25
  1.2 响应性运动与微驱动  25-32
    1.2.1 响应性运动  26-28
    1.2.2 微型器件与微驱动  28-32
第二章 选题意义与课题思路  32-34
  2.1 选题意义  32
  2.2 课题思路  32-34
第三章 刺激响应性智能器件的制备  34-60
  3.1 引言  34-35
  3.2 实验材料和仪器  35-36
    3.2.1 实验材料  35-36
    3.2.2 实验仪器与设备  36
  3.3 实验步骤  36-43
    3.3.1 超疏水船体的折叠过程  36-37
    3.3.2 泡沫镍基底上沉积金结构  37-38
    3.3.3 泡沫镍船体修饰超疏水  38-39
    3.3.4 金片表面沉积金结构与铂结构  39-40
    3.3.5 pH值响应性镍网的制备  40-41
    3.3.6 刺激响应性智能器件的启动与停止过程的实现  41-43
  3.4 实验表征方法  43
  3.5 实验结果与讨论  43-58
    3.5.1 泡沫镍基底的表征与分析  44-46
    3.5.2 金片基底的表征与分析  46-50
    3.5.3 镍网基底的表征与分析  50-53
    3.5.4 智能器件的组合与分析  53
    3.5.5 刺激响应性超疏水船的启动与停止过程的实现与分析  53-57
    3.5.6 不同pH值条件下船体的运动速度分析  57-58
  3.6 实验小结  58-60
第四章 光响应性材料的初步探索  60-72
  4.1 引言  60
  4.2 实验材料和实验仪器  60-62
    4.2.1 实验材料  60-62
    4.2.2 实验仪器与设备  62
  4.3 实验步骤  62-65
    4.3.1 光敏性偶氮苯衍生物的合成  62-64
    4.3.2 光响应性硅片的制备  64-65
  4.4 实验结果与讨论  65-70
    4.4.1 光敏性偶氮苯衍生物的合成  65-66
    4.4.2 光响应性硅片表征与分析  66-68
    4.4.3 光响应性硅片可逆转变实验过程与分析  68-70
  4.5 实验小结  70-72
第五章 结论与展望  72-74
  5.1 结论  72-73
  5.2 展望  73-74
参考文献  74-80
致谢  80-82
研究成果及发表的学术论文  82-84
作者及导师简介  84-85
附件  85-86

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 智能材料
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