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智能高分子凝胶简介摘要：这是一种三维高分子网络和溶剂组成体系。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。高分子凝胶的溶胀收缩循环可用于化学阀、吸附分离、传感器和记忆材料;循环提供的动力可用来设计“化学发动机”;网孔的可控性可以适用于药物释放体系。凝胶是液体和高分子网络所构成,由于液体和高分子网络的柔和性,液体被高分子网络封闭,失去流动性。正如生物体一样,用凝胶材料构成的仿生系统也能感知周围环境的变化,并做出响应,因此,该领域的探索引起了人们的高度重视。关键词：智能凝胶的定义；分类；特性；种类；应用；展望。一：定义高分子凝胶是由具有三维交联网络结构的聚合物与低分子介质共同组成的多元体系,其大分子主链或侧链上含有离子解离性、极性或疏水性基团,对溶剂组分、温度、pH值、光、电场、磁场等的变化能产生可逆的、不连续(或连续)的体积变化,所以可以通过控制高分子凝胶网络的微观结构与形态,来影响其溶胀或伸缩性能,从而使凝胶对外界刺激作出灵敏的响应,表现出智能。二：智能高分子凝胶的分类智能凝胶通常是高分子水凝胶，在水中可溶胀到一平衡体积而仍能保持其形状。在外界环境条件刺激下，它可以发生溶胀或收缩。根据外界刺激不同，智能凝胶可分为温敏凝胶。PH敏感凝胶、电场敏感性凝胶和压敏凝胶等。根据环境变化影响因素的多少，又可将智能凝胶分为单一响应性凝胶、双重响应性凝胶或多重响应性凝胶，比如温度-PH敏感凝胶、热-光敏感凝胶、磁性-热敏感凝胶等。三：智能高分子凝胶特性最大的特点是高分子凝胶的体积是不连续的,特定情况下发生体积相变化。已研制出的几种新型的凝胶:①温敏凝胶———随温度变化的凝胶;② pH敏凝胶———随pH值变化的凝胶;③盐敏凝胶———随盐浓度变化的凝胶;④光敏凝胶———随光强度变化的凝胶;此外,还有形状记忆凝胶、电场响应凝胶等。四：智能高分子的种类1.溶剂组成利用高分子与溶剂之间的相互作用力的变化、溶胀高分子凝胶的大分子链的线团—球的转变,使凝胶由溶胀状态急剧地转化为退溶胀状态,从而高分子凝胶表现出对溶剂组分变化的响应,这类材料可由聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等制成[4]。如:聚丙烯酰胺(PAAM)纤维经环化处理后除去未环化的部分以及未参加反应的物质,干燥后即得PAAM凝胶纤维。这种纤维在水中伸长,在丙酮中收缩,而且其体积随溶剂体系中丙酮含量的增加发生连续的收缩。如果在凝胶网络中引入电解质离子成部分离子化凝胶,则在某一溶剂组成时产生不连续的体积变化。2.温度高分子凝胶对温度的响应性可分为三种:升温时凝胶收缩的称为低温溶解型;升温时凝胶溶胀的称为高温溶解型;具有两种相图的凝胶,即升温溶胀,再继续升温收缩的,叫做再回归型。以聚异丙基丙烯酰胺为例,在某温度下,水和/脱水的变化伴随急剧吸热或放热。这类聚合物的溶胀温度响应性随其取代基种类而异,故可以利用引入共聚单体而调控温度依赖性。根据研究,温度敏感凝胶在溶剂中溶胀时,凝胶体系与溶剂的相互作用决定其溶胀对温度的依赖性。聚N-异丙基丙烯酰胺凝胶属于低温溶解型,它在较小的温度范围内可表现出明显的亲水和疏水变化,其临界溶解温度下限在32℃左右[5]。聚N-异丙基丙烯酰胺大分子链上存在着亲水和疏水基团的平衡,其热诱导相变的主要机理就是聚合物释放出了疏水界面上的水,从而引起了聚合物的析出Yuzo等制备了一种新颖的接枝型水凝胶,该凝胶和传统水凝胶相比显示出非常快的温度响应性,该接枝型的聚合物水凝胶在温度升高到临界点时,自由运动的接枝链导致疏水性聚集,引起整个网络脱水,从而引起剧烈的收缩。3. pH值在高分子凝胶网络上可以引入强电离基团(如磺酸基)或弱电离基团(如羧酸基)。pH值的变化会改变强电解质凝胶的溶胀特性,但对弱电解质凝胶的溶胀则有很大影响。这是因为pH值的变化会引起弱电解质凝胶中电荷密度发生变化,从而改变凝胶的渗透压。4.光在光的刺激下,高分子凝胶中的离子可逆地进入凝胶内部,使凝胶中渗透压大大增加,外界溶液向凝胶内部扩散,从而发生膨胀形变。在高分子凝胶网络中也可以引入能光异构化的官能团,如偶氮基。光异构化反应包括偶氮基团等的反式—顺式异构、无色三苯基甲烷衍生物的离解等。利用偶氮基在光照作用下的反式顺式转变,改变大分子链间的距离,从而使凝胶表现出膨胀—收缩。如果以含有少量无色三苯基甲烷氢氧化物、无色氰化物与无色N,N-二甲基酰替苯胺-4-乙烯基甲烷衍生物、丙烯酰胺和N,N-亚甲基-双丙烯酰胺共聚,可以得到光刺激响应高分子凝胶,紫外线波长大于270 nm时,1 h内凝胶溶胀度达300% ,而溶胀了的凝胶可以在黑暗中20 h退溶胀至原来的重量对含有无色三苯基甲烷氰基的聚N-异丙基丙烯酰胺的高分子凝胶,在无紫外线辐射时,30℃产生连续的体积变化,紫外线辐射时无色氰基发生光离解,凝胶产生不连续体积转变,温度