本文主要研究内容
作者宁璐平（2019）在《温敏型智能水凝胶仿生结构设计与制备研究》一文中研究指出：材料既是生产生活的物质基石,也是人类科技发展进步的体现。作为一种典型的智能材料,智能水凝胶具备优良的吸水/保水性能,较高的力学强度,多样化的智能响应模式以及良好的生物相容性,具有广泛的应用前景。其中,温敏型智能水凝胶由于其刺激形式简单,响应效率高,力学强度优良等特性,现已广泛应用在柔性驱动器、人工肌肉、载物输送释放、智能表面、生物器官等重要领域。但是,温敏型智能水凝胶的广泛应用,为其提出了更要高的求,即要兼顾高负载能力、多元化响应方式、高响应灵敏度、精密化结构形式、多样化及可控的自驱动形变等综合性能,这也是其急须解决的技术难题。自然界中的许多植物在自身具有良好力学强度的前提下,具备高效的自驱动变形与运动,为温敏型智能水凝胶瓶颈问题的解决提供了重要的仿生学启示。其中,黄背草种子芒利用细胞纤维间精密的微观结构差异,以水的吸收和释放作为主要驱动力,实现优异的自驱动变形。本文以黄背草种子芒为生物模本,基于其微观结构特点及自驱动变形功能,设计了仿生双层结构模型和仿生层状网络结构模型,指导仿生温敏型智能水凝胶的设计与制备。以N-异丙基丙烯酰胺为单体,XLG型合成硅酸镁锂为交联剂,纳米木浆纤维素为增强相,通过“一步法”模具成型技术和3D打印技术制备了具有高力学强度、高成型效率、高制备精度和高智能响应特性的温敏型仿生智能水凝胶。通过材料特性、力学强度和自驱动变形分析,揭示了相应的变形机理,为解决温敏型智能水凝胶高力学强度、高响应速率、高精度成型制备相兼顾的瓶颈问题提供了一种行之有效的仿生新方法。本论文的主要研究内容及结论如下:(1)黄背草种子芒在湿度条件下具有自驱动螺旋变形的功能特性,其微观结构呈现多层多孔螺旋扭转结构,且螺旋扭转处内外层纤维与螺旋轴向的夹角相异,且外层纤维吸水性能较高、保水性能较低;内层纤维吸水性能较低、保水性能较高,两层结构互相配合使得内外层间产生各向异性的可逆螺旋运动。(2)基于黄背草种子芒自驱动变形机理,分别构建了仿生双层结构模型和仿生层状网络结构模型,为温敏型智能水凝胶仿生结构设计提供参考。(3)基于仿生双层结构模型,以N-异丙基丙烯酰胺为单体,XLG型合成硅酸镁锂为交联剂,纳米木浆纤维素为增强相,通过“一步法”模具成型技术制备了一种兼顾力学强度与变形特性的仿生双层温敏型智能水凝胶。纳米木浆纤维素对温敏型智能水凝胶具有良好的性能调控能力,随着纳米木浆纤维素含量的增加,水凝胶交联密度增加、内部微观孔径减小、溶胀率越低、消溶胀率越高、断裂强度越大、断裂伸长率越小、拉伸模量越大。同时,利用纳米木浆纤维素对温敏型智能水凝胶消溶胀性能的可调控性,以双层结构间消溶胀各向异性为自驱机理,实现在温度刺激下,仿生双层温敏型智能水凝胶有效的弯曲变形。(4)通过调节温敏型智能水凝胶材料配比,实现了3D打印的紫外光固化成型方式,并选用35mg/mL的光敏引发剂含量和3min的照射时间作为最优光固化成型参数。同时,利用纳米木浆纤维素对温敏型智能水凝胶溶液的储能模量、损耗模量、表观粘度的可调控性,实现温敏型智能水凝胶3D打印的可行性,并选用纳米木浆纤维素含量为10 mg/mL的NFC10-BASF-UV35作为3D打印制备温敏型智能水凝胶的最佳材料体系。(5)基于仿生层状网络结构模型,通过3D打印技术制备出了高精度微结构仿生温敏型智能水凝胶。通过改变仿生层状网络结构模型的排布角度、横纵比、填充率参数以实现对仿生3D打印样件自驱动变形的有效调控。其中,“排布角度”影响自驱动溶胀变形的最终三维形状效果:0°/90°结构可实现沿短轴弯曲的半圆槽状,45°/135°结构可实现螺旋状的空心筒,90°/0°结构可实现沿长轴弯曲的半圆槽状;“横纵比”影响螺旋状空心筒的螺距:横纵比参数越大,螺旋状空心筒的螺距越小;“填充率”影响螺旋状空心筒的螺距和智能水凝胶的溶胀速率:填充率越小,螺旋状空心筒的螺距越小,水凝胶丝线溶胀速率越快。(6)3D打印制备出的仿生温敏型智能水凝胶,在温度驱动条件下具有可逆的自驱动螺旋变形特性,高效地实现了生物模本的自驱动功能特性,实现了仿生功能的高效再现。
Abstract
cai liao ji shi sheng chan sheng huo de wu zhi ji dan ,ye shi ren lei ke ji fa zhan jin bu de ti xian 。zuo wei yi chong dian xing de zhi neng cai liao ,zhi neng shui ning jiao ju bei you liang de xi shui /bao shui xing neng ,jiao gao de li xue jiang du ,duo yang hua de zhi neng xiang ying mo shi yi ji liang hao de sheng wu xiang rong xing ,ju you an fan de ying yong qian jing 。ji zhong ,wen min xing zhi neng shui ning jiao you yu ji ci ji xing shi jian chan ,xiang ying xiao lv gao ,li xue jiang du you liang deng te xing ,xian yi an fan ying yong zai rou xing qu dong qi 、ren gong ji rou 、zai wu shu song shi fang 、zhi neng biao mian 、sheng wu qi guan deng chong yao ling yu 。dan shi ,wen min xing zhi neng shui ning jiao de an fan ying yong ,wei ji di chu le geng yao gao de qiu ,ji yao jian gu gao fu zai neng li 、duo yuan hua xiang ying fang shi 、gao xiang ying ling min du 、jing mi hua jie gou xing shi 、duo yang hua ji ke kong de zi qu dong xing bian deng zeng ge xing neng ,zhe ye shi ji ji xu jie jue de ji shu nan ti 。zi ran jie zhong de hu duo zhi wu zai zi shen ju you liang hao li xue jiang du de qian di xia ,ju bei gao xiao de zi qu dong bian xing yu yun dong ,wei wen min xing zhi neng shui ning jiao ping geng wen ti de jie jue di gong le chong yao de fang sheng xue qi shi 。ji zhong ,huang bei cao chong zi mang li yong xi bao qian wei jian jing mi de wei guan jie gou cha yi ,yi shui de xi shou he shi fang zuo wei zhu yao qu dong li ,shi xian you yi de zi qu dong bian xing 。ben wen yi huang bei cao chong zi mang wei sheng wu mo ben ,ji yu ji wei guan jie gou te dian ji zi qu dong bian xing gong neng ,she ji le fang sheng shuang ceng jie gou mo xing he fang sheng ceng zhuang wang lao jie gou mo xing ,zhi dao fang sheng wen min xing zhi neng shui ning jiao de she ji yu zhi bei 。yi N-yi bing ji bing xi xian an wei chan ti ,XLGxing ge cheng gui suan mei li wei jiao lian ji ,na mi mu jiang qian wei su wei zeng jiang xiang ,tong guo “yi bu fa ”mo ju cheng xing ji shu he 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xing neng jiao gao ,liang ceng jie gou hu xiang pei ge shi de nei wai ceng jian chan sheng ge xiang yi xing de ke ni luo xuan yun dong 。(2)ji yu huang bei cao chong zi mang zi qu dong bian xing ji li ,fen bie gou jian le fang sheng shuang ceng jie gou mo xing he fang sheng ceng zhuang wang lao jie gou mo xing ,wei wen min xing zhi neng shui ning jiao fang sheng jie gou she ji di gong can kao 。(3)ji yu fang sheng shuang ceng jie gou mo xing ,yi N-yi bing ji bing xi xian an wei chan ti ,XLGxing ge cheng gui suan mei li wei jiao lian ji ,na mi mu jiang qian wei su wei zeng jiang xiang ,tong guo “yi bu fa ”mo ju cheng xing ji shu zhi bei le yi chong jian gu li xue jiang du yu bian xing te xing de fang sheng shuang ceng wen min xing zhi neng shui ning jiao 。na mi mu jiang qian wei su dui wen min xing zhi neng shui ning jiao ju you liang hao de xing neng diao kong neng li ,sui zhao na mi mu jiang qian wei su han liang de zeng jia ,shui ning jiao jiao lian mi du zeng jia 、nei bu wei guan kong 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luo ju yue xiao ;“tian chong lv ”ying xiang luo xuan zhuang kong xin tong de luo ju he zhi neng shui ning jiao de rong zhang su lv :tian chong lv yue xiao ,luo xuan zhuang kong xin tong de luo ju yue xiao ,shui ning jiao si xian rong zhang su lv yue kuai 。(6)3Dda yin zhi bei chu de fang sheng wen min xing zhi neng shui ning jiao ,zai wen du qu dong tiao jian xia ju you ke ni de zi qu dong luo xuan bian xing te xing ,gao xiao de shi xian le sheng wu mo ben de zi qu dong gong neng te xing ,shi xian le fang sheng gong neng de gao xiao zai xian 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自吉林大学的宁璐平，发表于刊物吉林大学2019-06-25论文，是一篇关于仿生结构论文,黄背草论文,智能水凝胶论文,打印论文,温度响应论文,力学强度论文,吉林大学2019-06-25论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自吉林大学2019-06-25论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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