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智能高分子 概述 表1-智能材料的分类 智能高分子材料 智能高分子定义： 智能高分子是一类当受到外界环境的物理、化学乃至生物信号变化刺激时，其某些物理或化学性质会发生突变的高分子。 （1）智能高分子凝胶 智能高分子凝胶是一种三维高分子网络和溶剂组成的体系。这类高分子凝胶材料可随环境的变化而产生可逆的、非连续的体积变化。 根据溶胀剂不同两类：高分子水凝胶 高分子有机凝胶 （2）形状记忆高分子材料 形状记忆高分子材料是具有形状记忆效应的一类新型智能高分子材料。 （3）智能织物 具有智能性的织物。防水透湿、温度调节、形状记忆、颜色变化等。 (4)智能高分子膜 这类一类用高分子凝胶制成的膜，能实现可逆变形，并能承受一定的压力。它的智能化是通过膜的组成、结构和形态来实现的。 (5)智能高分子复合材料 ◆ 新的高分子复合材料具有自愈合、自应变等功能。在航空领域，用复合材料制成的贴在机翼上的“智能皮”，能取代飞机起飞、转向、降落所必须的尾翼和各襟翼。 凝胶及高分子凝胶 凝胶及凝胶现象在大自然中普遍存在。自然界的一些生物（如海参等）的原始器官主要为水凝胶，它能够对外界的刺激迅速做出响应，是柔软的躯体瞬间变得僵硬，或部分体壁变为粘性物质。 智能高分子凝胶的应用 1 智能药物释放系统 2 人工肌肉系统 3 智能高分子分离材料 4 组织工程材料 智能药物释放系统 智能药物释放系统是指在某些物理刺激（如温度、光、超声波、微波、和磁场等）或化学刺激（如PH值、葡萄糖等）作用下可释放药物的系统，而且能由体外的光、电、磁和热等物理信号遥控体内的刺激响应性药物，使其向信号集中的特定部位靶向释放。 高分子凝胶载药系统药物释放途径： （1）随高分子凝胶的降解而释放；此途径为生物降解型。 （2）通过高分子凝胶的膨胀扩散而释放；此途径中溶液中的渗透物质渗透进载药体系，聚合物膨胀，药物扩散释放出来。 （3）高分子凝胶载体表面化学释放 人工肌肉 生物体肌肉的源泉是肌动蛋白-肌球蛋白体系通过三磷酸腺苷（ATP）将化学能直接转变成机械能，其效率可高达40%~50%.此时1分子ATP水解所产生的自由能要比热大10余倍。鉴于肌肉的运动体现了等温条件下化学能直接转变为机械能，这就促使许多科学家从事等温条件下操作的化学运动源的研究，试图开发各种功能性或智能型的材料已达到模仿生物体肌肉运动的目的。 应用——“人工鱼” 高分十分离膜的智能性通常表现为，当渗透介质的性质或周围环境发生变化时，智能膜材可以感知这种变化并相应调节其选择渗透性能。引起膜材响应的刺激信号有多种，大致可分为物刺激信号如温度、湿度、电、光、磁、力等以及化学刺激信号如PH值、化学物质等。 组织工程材料 细胞培养基质 通常细胞的培养是在培养皿上进行的，细胞增殖后，通过一种叫胰蛋白酶的物质消化切断细胞与底物间的粘连，但这不可避免地影响细胞的某些功能。科学家们巧妙地利用了温敏性高分子水凝胶。他们将聚异丙基丙烯酰胺接枝到聚苯乙烯培养板表面形成一层薄膜，将小牛的内皮细胞或鼠的肝细胞在凝胶表面层于37℃ 培养。在37℃ 下，凝胶表面呈现疏水性，能与细胞很好地粘附。当细胞成熟后，将温度降至20℃ ，由于凝胶表面变得亲水，细胞可自动从表面脱附，见图1。 智能粘合剂利用高分子表面的环境响应特性可设计智能粘合剂——两亲性粘合剂。通常的粘合剂对极性与非极性基材的普适性差。姚康德等根据高分子表面环境响应性设计与合成了聚氨酯交联聚丙烯酸酯粘合剂(PUA)，由动态接触角研究表面，它对极性（如聚氯乙烯）和非极性（如聚乙烯）基材的粘合性与粘合剂网络中极性和非极性组分响应相关。 智能高分子的前景 智能高分子材料可随外界条件的变化而有意识地调节、修饰和修复。智能高分子材料已经得到越来越广泛的关注。智能高分子材料的应用范围广阔。智能化已成为材料学的发展方向之一。 Page ? * * 微胶囊 空心纤维 主讲人：周卓凡 1.1 智能材料 定义：外界环境刺激因素包括温度、压力、声波、离子、电场、磁场和溶剂等，在这些刺激因素影响下，智能材料能产生有效响应，使自身的一些性质，如相态、形状、光学性能、力学性能、电学性能、体积、表面积等随之发生变化。 实例：形状记忆材料 智能修复材料 智能调温材料 智能调光材料 各种传感器材料 隐身材料 分类方法 包含的范围 分类方法 包含的范围 按材料的种类 智能金属材料 智能非金属材料 智能高分子材料 智能复合材料 按材料的应用领域