基于温度响应的热致变色材料及智能窗应用
编号:29
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更新:2026-10-09 18:00:08 浏览:0次
口头报告
摘要
智能水凝胶因其优异的生物相容性、导电性和柔韧性,在软体机器人、医疗器件、智能窗和传感器等领域展现出广阔的应用前景。然而,传统水凝胶增强策略(如提高交联密度、构建双网络结构)往往会形成刚性共价键,限制聚合物链运动,导致水凝胶失去其智能响应功能。受"纠缠增强"思想的启发,提出了一种简便且普适的策略——通过引入羟丙基纤维素(HPC)纳米纤维增强水凝胶基体中的物理纠缠和弱氢键相互作用,在显著提升力学性能的同时,保持并改善水凝胶的智能响应功能。
以热响应聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)为模型体系,所制备的PNIPAm-HPC复合水凝胶的杨氏模量较纯PNIPAm水凝胶提高了约10倍(20.0 kPa vs 2.1 kPa),韧性提高了约22倍(114 kJ m⁻³ vs 5 kJ m⁻³)。该复合水凝胶展现出显著改善的智能功能:(1)响应速度加快:加热过程响应时间从37 s缩短至25 s,冷却过程从15 s缩短至8 s;(2)抗冻性能增强:HPC与PNIPAm间的氢键打破了水分子间的四面体氢键网络,使水凝胶在−13 °C仍保持弹性;(3)抗干燥性能提升:20 °C环境中水分蒸发量减少40%以上;(4)循环稳定性优异:经历100次加热-冷却循环后仍保持较高韧性。
本工作提出的"纠缠增强"策略突破了传统水凝胶增强方法牺牲智能功能的瓶颈,为设计兼具优异力学性能与先进智能功能的多功能水凝胶材料提供了新的设计准则,有望推动智能水凝胶在智能窗、柔性传感器、软体机器人等领域的实际应用。
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