智能高分子材料的應(yīng)用與進(jìn)展 論文.doc

智能高分子材料的應(yīng)用與進(jìn)展（華北科技學(xué)院 化工B082班 衛(wèi)星紅 200801034207）摘 要 智能材料已成為當(dāng)今借界高度關(guān)注的熱點和焦點 ,它有著廣闊的應(yīng)用前景 ,取得了豐富的研究成果 。從合成、加工、新產(chǎn)品開發(fā)及其應(yīng)用諸方面綜述了智能高分子材料，如智能高分子凝膠、形狀記憶高分子材料、智能織物、智能高分子膜和智能高分子復(fù)合材料等的研究進(jìn)展，并展望了其發(fā)展前景。關(guān)鍵詞 高分子材料 智能高分子材料 響應(yīng)速率 進(jìn)展 0 引 言20世紀(jì)80年代中期,人們提出了智能材料的概念，智能材料要求材料體系集感知、驅(qū)動和信息處理于一體,形成類似生物材料那樣的具有智能屬性的材料 l 。智能材料在目前文獻(xiàn)中的提法大都為機(jī)敏材料( Smart Material )、機(jī)敏結(jié)構(gòu)( Smarts Structure)、自適應(yīng)結(jié)構(gòu) (A daptive Strueture)、智能材料( Intelligent Material )、智能結(jié)構(gòu)( Intelligent Strueture),這些概念國內(nèi)外至今尚無統(tǒng)一的定論。關(guān)于“機(jī)敏”(Smart)和“智能”( Intelligent)的討論,不少文獻(xiàn)資料進(jìn)行了說明25。智能材料的基礎(chǔ)是功能材料功能材料通?？煞譃?2 大類一類被稱為驅(qū)動材料,它可以根據(jù)溫度、電場或磁場的變化來改變自身的形狀、尺寸、位置、剛性、阻尼 、內(nèi)耗或結(jié)構(gòu)等 ,因而對環(huán)境具有自適應(yīng)功能,可用來制成各種執(zhí)行器;另一類被稱為感知材料,它是指材料對于來自外界或內(nèi)部的刺激強(qiáng)度及變化(如應(yīng)力、應(yīng)變、熱、光、電、磁、化學(xué)和輻射等)具有感知,可以用來做成各種傳感器.同時具有敏感材料與驅(qū)動材料特征的材料,被稱為機(jī)敏材料。智能材料通常不是一種單一的材料,而是一個由多種材料系統(tǒng)組元通過有機(jī)的緊密或嚴(yán)格的科學(xué)組裝而構(gòu)成的一體化系統(tǒng) ,是敏感材料、驅(qū)動材料和控制材料(系統(tǒng))的有機(jī)合成。智能材料是材料科學(xué)不斷向前發(fā)展的必然結(jié)果,是信息技術(shù)溶入材料科學(xué)的自然產(chǎn)物,它的問世,標(biāo)志和宣告第 5 代新材料的誕生,也預(yù)示著在 2 1 世紀(jì)將轟生一次劃時代的材料革命。近年來,智能材料的研究在世界范圍內(nèi)已成為材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的熱點之一 ,甚至有人把21世紀(jì)稱之為智能材料世紀(jì)。智能材料可用1作出描述。迄今為止, 人們已開發(fā)出很多種智能高分子材料。 圖1 智能材料示意圖1 發(fā)展歷史早在1970年代，田中豐一就發(fā)現(xiàn)了智能高分子現(xiàn)象，即當(dāng)冷卻聚丙烯酰胺凝膠時，此凝膠由透明逐漸變得渾濁，最終呈不透明狀，加熱時，它又轉(zhuǎn)為透明2。1980年代，出現(xiàn)了用來制造高分子傳感器、分離膜、人工器官的智能高分子材料。1990年代，智能高分子材料進(jìn)入了高速發(fā)展階段。進(jìn)入21世紀(jì)后， 智能高分子材料正在向智能高分子模糊材料的方向發(fā)展。20世紀(jì)80年代末 ,日本科學(xué)家將信息科學(xué)容于材料的物性和功能 ,提出了智能材料( Intelligcn Materials)概念 ,是指對環(huán)境具有可感知、 可響應(yīng) ,并具有功能發(fā)現(xiàn)能力的新材料。智能材料的概念設(shè)紀(jì)計構(gòu)思:(1)材料開發(fā)的歷史:由結(jié)構(gòu)材料、 功能材料進(jìn)而到智能材料;(2)人工智能在材料的水平反映 生物計算機(jī)的未來模式;(3)從材料設(shè)計的立場制造智能材料;(4)軟件功能引入材料;(5)人們對材料的期望;(6)能量傳遞;(7)材料具有時間軸 ,要求材料有壽命預(yù)告 ,自修復(fù)、自分解 ,甚至自學(xué)習(xí)、自繁殖、自凈化功能和對外部刺激時間軸積極自變的動態(tài)功能。2 智能高分子材料的研究進(jìn)展2.1 智能高分子凝膠高分子凝膠是指三維高分子網(wǎng)絡(luò)與溶劑組成的體系，網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)結(jié)構(gòu)使其不溶解而保持一定的形狀，因為凝膠結(jié)構(gòu)中含有親溶劑性基團(tuán)，使之可被溶劑溶脹而達(dá)到平衡體積。3這類高分子凝膠可隨環(huán)境條件的變化而產(chǎn)生可逆的、非連續(xù)性的體積變化4。高分子凝膠的溶脹收縮循環(huán)使之可應(yīng)用于化學(xué)閥、吸附分離、傳感器和記憶材料等領(lǐng)域；循環(huán)提供的動力可用來設(shè)計“化學(xué)發(fā)動機(jī)”；網(wǎng)孔的可控性適用于智能藥物釋放體系。高分子凝膠的刺激響應(yīng)性包括物理刺激（如熱、光、電場磁場、力場、電子線和射線）響應(yīng)性和化學(xué)刺激（如值、化學(xué)物質(zhì)和生物物質(zhì)）響應(yīng)性。隨著智能高分子材料的深入研究，發(fā)展具有多重響應(yīng)功能的“雜交型”智能高分子材料已成為這一領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。例如，劉鋒等合成的羧基含量不同的 值敏感及溫度敏感水凝膠聚（異丙基丙烯酰胺丙烯酸）及含有聚二甲基硅氧烷的聚（異丙基丙烯酰胺 丙烯酸），可使吸附在水凝膠中的木瓜酶隨著生物體內(nèi)環(huán)境的變化而自行完成藥物的控制釋放。紫外線輻射法合成的甲基丙酰胺，二甲氨基乙酯水凝膠具有較好的透明性和適當(dāng)?shù)膹椥裕?0攝氏度和PH值=3時亦有明顯的溫度和PH值敏感性；將葉綠酸共聚到聚（異丙基丙烯酰胺）中，可得到具有光敏和溫敏雙重功能的水凝膠。目前，具有化學(xué)閥功能的高分子膜應(yīng)用范圍還比較窄，尚依賴于新材料領(lǐng)域的不斷發(fā)展。2.2 形狀記憶高分子材料形狀記憶高分子材料是利用結(jié)晶或半結(jié)晶高分子材料經(jīng)過輻射交聯(lián)或化學(xué)交聯(lián)后具有記憶效應(yīng)的原理而制造的一類新型智能高分子材料。形狀記憶過程可簡單表述為：初始形狀的制品二次形變形變固定形變回復(fù)。其性能的優(yōu)劣，可用形狀回復(fù)率、形變量等指標(biāo)來評價。在醫(yī)療領(lǐng)域， 形態(tài)記憶樹脂可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石膏繃扎， 具有生物降解性的形狀記憶高分子材料可用作醫(yī)用組合縫合器材、 止血鉗等。在航空領(lǐng)域， 形狀記憶高分子材料被用作機(jī)翼的振動控制材料。利用高分子材料的形狀記憶智能可制備出熱收縮管和熱收縮膜等。近幾年來， 我國已先后開發(fā)出石油化工、通信光纜等領(lǐng)域的熱收縮制品及天然氣、市政工程供水及其他管道接頭焊口和彎頭的密封與防腐的輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮片。聚全氟乙丙烯樹脂熱收縮管是一種新型的熱收縮材料，具有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，能長期在260攝氏度至205攝氏度下使用，并保持原有聚全氟乙丙烯樹脂優(yōu)異的電氣性、耐化學(xué)腐蝕性 。以對苯二甲酸二甲酯、間苯二甲酸、乙二醇為原料，采用間歇聚合法可合成熱收縮膜用共聚酯切片，采用雙向拉伸工藝制得的新型包裝膜 熱收縮性雙軸拉伸共聚酯膜，可用作精密電子元件及電纜包覆材料。目前，形狀記憶聚氨酯、聚降冰片烯、聚苯乙烯的研究開發(fā)有著誘人的發(fā)展前景。圖2 形狀記憶材料的機(jī)理分子模型對于形狀記憶效應(yīng),美國麻省理工學(xué)院教授Langer用高分子材料形狀變化形象地在圖 3 中作了表示。圖3 形狀記憶效應(yīng)2.3 智能織物將聚乙二醇與各種纖維 （如棉、聚酯或聚酰胺聚氨酯）共混物結(jié)合，使其具有熱適應(yīng)性與可逆收縮性。所謂熱適應(yīng)性是賦予材料熱記憶特性，溫度升高時纖維吸熱，溫度降低時纖維放熱，此熱記憶特性源于結(jié)合在纖維上的相鄰多元醇螺旋結(jié)構(gòu)間的氫鍵相互作用。 溫度升高時，氫鍵解離，系統(tǒng)趨于無序狀態(tài)，線團(tuán)弛豫過程吸熱。當(dāng)環(huán)境溫度降低時，氫鍵使系統(tǒng)變?yōu)橛行驙顟B(tài)，線團(tuán)被壓縮而放熱。這種熱適應(yīng)織物可用于服裝和保溫系統(tǒng)，包括體溫調(diào)節(jié)和燒傷治療的生物醫(yī)學(xué)制品及農(nóng)作物防凍系統(tǒng)等領(lǐng)域4 。此類織物的另一功能是可逆收縮，即濕時收縮，干時恢復(fù)至原始尺寸，濕態(tài)收縮率達(dá)到可用于傳感執(zhí)行系統(tǒng)、微型發(fā)動機(jī)及生物醫(yī)用壓力與壓縮裝置，如壓力繃帶，它在血液中收縮在傷口上所產(chǎn)生的壓力有止血作用，繃帶干燥時壓力消除。當(dāng)前，分子納米技術(shù)與計算機(jī)、檢測器、微米或納米化機(jī)器的結(jié)合，又使織物的智能化水平得到了進(jìn)一步提高。自動清潔織物和自動修補(bǔ)的織物等更加引起人們的關(guān)注 。2.4 智能高分子膜高分子薄膜在智能方面研究較多的是選擇性滲透、選擇性吸附和分離等。高分子膜的智能化是通過膜的組成、結(jié)構(gòu)和形態(tài)的變化來實現(xiàn)的?，F(xiàn)在研究的智能高分子膜主要是起到“化學(xué)閥”的作用。對智能高分子膜的研究主要集中在敏感性凝膠膜、敏感性接枝膜及液晶膜方面。用高分子凝膠制成的膜能實現(xiàn)可逆變形，也能承受一定關(guān)的靜壓力。目前報道的主要有聚甲基丙烯酸聚乙二醇、聚乙烯醇聚丙烯酸共混物等。高分子接枝膜可通過表面接枝和膜孔內(nèi)接枝的方法來制得，其作用機(jī)理基本相同。膜的孔徑變化是建立在溶質(zhì)分子與接枝于膜中的高分子鏈的相互作用基礎(chǔ)之上。接枝鏈構(gòu)型的變化改變了孔徑的大小，接枝鏈像閥一樣調(diào)節(jié)著膜的滲透性。目前這方面的報道有聚丙烯酰胺與聚偏氟乙烯接枝，聚乙二醇與聚甲基丙烯酸酯接枝等。液晶聚合物能顯示液晶特性， 如熱致支鏈液晶聚合物聚（p- 乙酰氨基苯酮）在交流電及0攝氏度條件下具有化學(xué)閥特性。目前，具有化學(xué)閥功能的高分子膜應(yīng)用范圍還比較窄，尚依賴于新材料領(lǐng)域的不斷發(fā)展。2.5 智能高分子復(fù)合材料智能高分子材料在工業(yè)、建筑、航空、醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。復(fù)合材料大都用作傳感器元件。新的智能復(fù)合材料具有自愈合、自應(yīng)變等功能。在航空領(lǐng)域，美國一研究所正在研制用復(fù)合材料制成的貼在機(jī)冀上的“智能皮”，以取代起飛、轉(zhuǎn)向、降落所必需的尾翼和各種襟翼。這些“智能皮”可以根據(jù)飛行員和飛機(jī)電腦的指令改變外形，起到與飛機(jī)尾翼和襟翼相同的作用。在建筑領(lǐng)域，利用復(fù)合材料的自診斷、自調(diào)節(jié)、自修復(fù)功能，可用于快速檢測環(huán)境溫度、濕度，取代溫控線路和保護(hù)線路。用具有電致變色效應(yīng)和光記憶效應(yīng)的氧化物薄膜制備自動調(diào)光窗口材料，既可減輕空調(diào)負(fù)荷又可節(jié)約能源，在智能建筑物窗玻璃領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。用有熱電效應(yīng)和熱記憶效應(yīng)的高聚物薄膜進(jìn)行智能多功能自動報警和智能紅外攝像，取代了復(fù)雜的檢測線路。用有光電效應(yīng)的光導(dǎo)纖維制作光纖混凝土制件，當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)超過允許寬度裂縫時，光路被切斷而自動報警，可取代復(fù)雜的檢測線路。3 智能高分子材料的類別3.1 智能材料的分類3.2 新型智能高分子材料的種類3.2.1 本征導(dǎo)電智能高分子材料本征導(dǎo)電聚合物是經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)方法合成的以共軛雙鍵為主鏈的聚合物,如聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺和聚乙炔等。它在化學(xué)摻雜或電化學(xué)摻雜過程中性質(zhì)發(fā)生可逆變化,是一種潛在的智能材料,有望實現(xiàn)或部分實現(xiàn)傳感、處理和執(zhí)行功能,適于制成電機(jī)執(zhí)行器、智能窗、化學(xué)分離與釋放體系、傳感器和非線性光學(xué)器件等。3.2.2 雙重響應(yīng)智能高分子材料近年來已有一些通過共聚將pH值響應(yīng)性聚合物和溫度響應(yīng)性聚合物組合在一起的報道。例如,由N - 異丙基丙烯酰胺 (NIPAAm) 和甲基丙烯酸(MAA)或丙烯酸(AA)形成的接枝共聚物、梳型共聚物和嵌段共聚物 ,在 3132 、pH值515左右時均可對溫度和 pH 值產(chǎn)生響應(yīng) ,這類雙重響應(yīng)體系在藥物釋放系統(tǒng)(DDS)方面已開展應(yīng)用研究。3.2.3智能復(fù)合材料人類肌肉被認(rèn)為是一種天然智能復(fù)合材料,具有高度的自適應(yīng)性。通過慎重地選擇組分和加工技術(shù) ,可以合成具有多功能的智能復(fù)合材料。正在研究之中的幾類具有特殊性能的復(fù)合材料有: 由凝膠纖維或分散在凝膠、非凝膠基質(zhì)中的凝膠纖維組成的復(fù)合材料; 在凝膠基質(zhì)中的非凝膠纖維; 分散在一種基質(zhì)中的凝膠或非凝膠納米粒子; 由凝膠/凝膠和凝膠/非凝膠薄膜混合組成的分層薄片。分散在凝膠基質(zhì)中的導(dǎo)電纖維(例如碳纖維)是智能復(fù)合材料之一,當(dāng)纖維的臨界體積分?jǐn)?shù)較大時,體系是導(dǎo)電的;當(dāng)對外界刺激響應(yīng)使基質(zhì)溶脹時,纖維的有效體積分?jǐn)?shù)減小,纖維之間不再保持足夠的接觸 ,導(dǎo)致導(dǎo)電性突然降低。光學(xué)纖維傳感器因為體積極小,質(zhì)量輕,抗腐蝕和疲勞,對電干擾免疫,幾乎不能引火或引爆,并且與復(fù)合材料具有較好的相容性5,因此將成為復(fù)合材料理想的“神經(jīng)”。3.3 具有其它功能的高分子材料3.3.1 高分子薄膜高分子薄膜在智能方面研究較多的是選擇性滲透、選擇性吸附和分離等。如殼聚糖、絲素蛋白合金膜在不同的pH值緩沖溶液中或不同濃度的Al3 +溶液中交替溶脹、 收縮的行為具有良好的重復(fù)可逆性符合作為人工肌肉的條件;而控制異丙醇 - 水體系中添加的 Al3 +濃度 ,可以控制配合物膜的溶脹 ,進(jìn)而控制膜的自由體積 ,以達(dá)到作為化學(xué)閥門控制膜的滲透蒸發(fā)通量的目的。3.3.2 液晶聚合物液晶高分子通過熔融或溶解呈液晶狀態(tài),它有經(jīng)成型加工而實現(xiàn)優(yōu)良的分子排列結(jié)構(gòu)的主鏈型將液晶規(guī)則地配置在側(cè)鏈或末端,通過電場或磁場作用而控制分子排列的側(cè)鏈型,通過引入含有抑制成分的液晶化合物而具有不對稱識別性能和強(qiáng)感應(yīng)性的化學(xué)活性液晶等。3.3.3 高分子復(fù)合材料智能復(fù)合材料具有自愈合、自應(yīng)變、自診斷等功能。美國一建筑學(xué)家用玻璃纖維和聚丙烯制造的自愈纖維,作為混凝土開裂時的“自動修補(bǔ)劑”埋入混凝土中,當(dāng)混凝土開裂時,它也隨之開裂 ,填充在纖維中的修補(bǔ)劑便從中流出填充在開裂處 ,使混凝土自行愈合。人工合成的智能性復(fù)合材料還可以自動檢測材料的靜力和動力 ,控制不希望出現(xiàn)的動態(tài)特性。根據(jù)載荷-應(yīng)變-電阻的相互關(guān)系,碳纖/玻纖增強(qiáng)塑料可預(yù)測應(yīng)力,具有自診斷性。3.3.4 本征導(dǎo)電聚合物( ICP)這類聚合物的結(jié)構(gòu)主要以共軛雙鍵為主,分子鏈高度取向,電導(dǎo)率和其它物性具有顯著的各異性伴隨氧化-還原反應(yīng),ICP經(jīng)參雜可成為導(dǎo)體。利用ICP的可逆性參雜,可制成智能DDS和可鑒別氣味的人造鼻;利用參雜過程中ICP吸收光譜的變化和記憶信息存儲,可制成調(diào)節(jié)顏色和透光率的智能窗。4 智能高分子材料的應(yīng)用研究與開發(fā)中的智能高分子材料,其中有些材料正成為高科技商品。表2列出了智能高分子材料的類別及應(yīng)用記憶。表2 智能高分子材料類別及應(yīng)用記憶5 加快智能高分子材料響應(yīng)速率的方法目前,智能高分子材料對刺激的響應(yīng)還不夠快。例如,塊狀的高分子凝膠的強(qiáng)力與肌肉的強(qiáng)力數(shù)量級相同,然而響應(yīng)太慢 ,收縮/溶脹時間長達(dá)一個多月。這樣就使這些材料在工程上(例如在機(jī)器人或醫(yī)學(xué)領(lǐng)域希望像肌肉一樣輕而高效的執(zhí)行器)不能使用,通過以下途徑提高高分子凝膠的響應(yīng)速率已取得較大的進(jìn)展。5.1 合成新型的聚合物通過設(shè)計高分子鏈結(jié)構(gòu)和控制合成反應(yīng),可以制備新型的聚合物,并可改變智能高分子材料的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu),從而加快智能高分子材料的響應(yīng)速率。例如 ,Yoshida等6制備了梳型接枝的聚(N-異丙基丙烯酰胺 ,PNIPAAm)凝膠 ,PNIPAAm支鏈在低溫下是伸展的親水構(gòu)象 ,隨著溫度升高變成緊密的疏水構(gòu)象 ,從而使交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)迅速脫水而收縮 ,收縮時間由均聚PNIPAAm水凝膠的30多天縮短到20 min。5.2 制備構(gòu)造規(guī)則的高分子凝膠一般來說,人工合成的高分子凝膠的構(gòu)造沒有規(guī)則 ,對外部環(huán)境刺激的反應(yīng)遲鈍 ,沒有協(xié)同性。與此相反 ,許多生物高分子材料(細(xì)胞、肌肉等)既含有水分又具有很巧妙的構(gòu)造秩序 ,對外部的刺激反應(yīng)快、效率高。人工制備構(gòu)造規(guī)則的凝膠是賦予凝膠智能的基礎(chǔ)。在高分子側(cè)鏈上導(dǎo)入具有結(jié)晶能力的官能團(tuán)(如長鏈脂肪酸) ,可以得到具有規(guī)則構(gòu)造的凝膠。這樣的凝膠在溶劑、溫度、pH值變化下產(chǎn)生可逆的有序-無序構(gòu)造變化 ,由于這種變化是相變過程,因此反應(yīng)快、效率高。以AA與硬脂酰丙烯酸酯(SA)的共聚合凝膠為例7,這種凝膠因為有親水性的部分(AA) ,所以可以吸收水分;同時它有疏水性的部分(SA) ,可以在水 中 形 成 結(jié) 晶 構(gòu) 造。當(dāng) 共 聚 合 成 分 比F = c (SA) / c (SA) + c (AA) 0115 時,它可以形成結(jié)晶結(jié)構(gòu),結(jié)晶溫度為45,熔融溫度為49 。隨著溫度的變化 ,產(chǎn)生的結(jié)晶與非結(jié)晶之間的相變導(dǎo)致凝膠的楊氏彈性模量發(fā)生約幾百倍的變化。也就是說,這種凝膠在相變溫度以下時堅硬得像塑料,當(dāng)溫度上升到相變溫度以上時軟得像海綿。岸良一等利用液晶高分子在電場下易于取向的特性,以液晶單體和交聯(lián)劑在甲苯/二甲基亞砜中聚合制得液晶凝膠。液晶彈性體與未交聯(lián)的液晶高分子相比,形成溫度范圍較小,但仍在 40100 形成液晶。此彈性體以低分子質(zhì)量的液晶浸漬,在100下加熱溶脹,增重達(dá)5倍 ,并達(dá)到平衡溶脹 ,降溫可得液晶凝膠,其各向同性的向列型液晶轉(zhuǎn)變溫度為7718 。將透明玻璃電極置于液晶池中,向液晶凝膠施加012014 kV/ mm直流電場 ,可觀察到其發(fā)生彎曲變形 ,響應(yīng)時間為300s8。5.3 增加智能高分子材料的表面積與體積比5.3.1 材料的低維化一些研究者認(rèn)為,通過智能高分子材料的微型化,可以增加其表面積與體積比。將凝膠由三維的塊狀制成二維的薄膜狀、一維的纖維狀和準(zhǔn)零維的納米粒子狀可望達(dá)到這一目的。例如 ,Hirasa 等7 制備的溫敏聚乙烯基甲醚凝膠纖維平均直徑為200m ,可逆收縮和伸長的響應(yīng)時間為 1 秒級;OmemotoS等8 制備的氧化聚丙烯腈纖維直徑為 2215m ,可逆收縮和伸長的響應(yīng)時間約為2 s。5.3.2 結(jié)構(gòu)的微孔化在凝膠中引入微孔結(jié)構(gòu),可提高材料的表面積與體積比。例如,Suzuki 等通過重復(fù)的凍結(jié)和解凍,在乙烯醇- 丙烯酸共聚物凝膠中形成了微孔結(jié)構(gòu),通過微孔結(jié)構(gòu)本身的溶脹和收縮,使響應(yīng)時間大幅度縮短。他們還通過給聚乙烯醇水凝膠膜開許多20m 220m 的切口狀微孔 ,使響應(yīng)時間縮短至低于2 s。這種方法有望能夠?qū)崿F(xiàn)材料的高響應(yīng)速率,因為即使將許多膜堆起來 ,水凝膠之間仍保持著間隔 ,因此材料的表面積與體積比很大。目前研制的超高相對分子質(zhì)量聚丙烯腈基多孔中空凝膠纖維 ,盡管其母體纖維的尺寸 (外徑為400m)比Matsumura 等采用的纖維(外徑為 25m)大得多 ,但由于纖維中存在微孔 ,因此其響應(yīng)速率仍然較快。5.3.3 表面的異形化Suzuki 等還嘗試了另一種方法 ,將聚乙烯醇水凝膠的表面加工成波譜狀,在膜厚為50m處 ,平均齒距以及溝的深度大約為 5m。結(jié)果使響應(yīng)時間縮短至10 s以下。6 材料的仿生化及模糊化6.1 材料的仿生化智能是生物體所特有的現(xiàn)象,生物體的最大特點是對環(huán)境的適應(yīng)。細(xì)胞是生物體的基礎(chǔ) ,可視為具有傳感、處理和執(zhí)行3種功能的融合材料 ,人們可以用仿生學(xué)的原理 ,以細(xì)胞作為智能材料的藍(lán)本 ,開發(fā)出向生物體的多重功能逼近、功能上接近甚至超過生物體組織的智能高分子材料。6.2 材料的模糊化有人預(yù)計,功能高分子材料在21世紀(jì)將向模糊高分子材料發(fā)展1 。所謂模糊高分子材料 ,其刺激響應(yīng)性不限于一一對應(yīng) ,而是材料本身能進(jìn)行判斷并依次發(fā)揮其調(diào)節(jié)功能 ,像動物腦那樣能記憶和判斷。7 智能材料的應(yīng)用展望及趨勢智能材料已成為當(dāng)今世界高度關(guān)注的熱點和焦點。自從20世紀(jì)90年代以來,各種有關(guān)智能材料的學(xué)術(shù)團(tuán)體、研究機(jī)構(gòu)相繼成立;有關(guān)智能材料的國際研討會幾乎年年舉行。美國已將智能材料定為具有戰(zhàn)略意義、優(yōu)先發(fā)展的研究領(lǐng)域之一舊本把它列入基礎(chǔ)科學(xué)先導(dǎo)研究的7項重大項目之一;并從1998年開始,將它作為大學(xué)合作型產(chǎn)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究開發(fā)項目和國家21世紀(jì)創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)的加強(qiáng)支持項目;歐洲亦提出并正在加緊實施智能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)研究計劃。我國也將智能材料列入“九五”、“十五”及中長期發(fā)展規(guī)劃。目前,國際上的研究重點已集中在智能材料的仿生構(gòu)思和工程結(jié)構(gòu)件的智能化兩大方面,預(yù)計,今后智能材料領(lǐng)域的研究主要集中在以下幾個方面:智能結(jié)構(gòu)集成的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),包括結(jié)構(gòu)集成傳感器、執(zhí)行器和控制器后的特殊數(shù)學(xué)、力學(xué)問題特別是非線性問題;主動傳感器,適合于智能結(jié)構(gòu)的應(yīng)變、振動、損傷腐蝕及溫度等傳感器的原理方法與技術(shù),特別是分布式傳