电场响应性水凝胶的研究进展

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1、电场响应性水凝胶的研究进展////0>.化学通报2006年第69卷w102电场响应性水凝胶的研究进展1,2211刘根起赵晓鹏程永清靖伟伟12西北工业大学应用化学系电流变技术研究所西安710072摘要智能水凝胶是具有感知、处理和执行功能的新型“软”、“湿”材料,可对外界环境的微小变化或刺激作出敏感的响应。本文介绍了电场响应性水凝胶的研究进展,电场响应性水凝胶在电场作用下的溶胀、收缩和弯曲形变以及其在化学阀、药物控制释放系统、人工肌肉、驱动器、调光材料等高新技术领域的应用研究现状,并指出了目前电场响应性水凝

2、胶研究中存在的主要问题。关键词电响应行为水凝胶弯曲ProgressesofElectricFieldResponsiveHydrogel1,2211LiuGenqi,ZhaoXiaopeng,ChengYongqing,JinWeiwei12DepartmentofAppliedChemistry,NorthwesternPolytechnicalUniversity;InstituteofElectrorheologicalTechnology,Xi’an710072AbstractIntellige

3、nthydrogelsarenovelsoftandwetmaterials,whichhavetheabilitytoperformsensing,proceedingandactuatingfunction,andshowtheabilitiesofchangingvolumeandshapereversiblyinresponsetoenvironmentalstimulus.Thisarticlereviewedtheresearchprogressofelectricfieldresponsi

4、vehydrogels,describedtheirswelling,shrinkingandbendingdeformationinelectricfield,andpresentedtheirapplicationsinchemicalvalves,controlleddrugdeliverydevices,artificialmuscles,actuators,modulatedopticalmaterials,etcThecurrentlimitationofelectricfieldrespo

5、nsivehydrogelswasalsodiscussedKeywordsElectroresponsivebehavior,Hydrogel,Bending智能水凝胶是一种新型“软”、“湿”材料。在外界环境,如温度、溶液pH、离子强度、溶剂组成等发生微小变化或受到光、电、磁场或某种特殊化学物质的刺激时,智能水凝胶会通过自身[1]体积、形状、相、渗透率等性质的变化对此作出敏感的响应,且其刺激响应以可逆的方式进行。智能水凝胶的这一特性,使其在仿生工程、微机械、航空航天、生物医药等领域有着非常广阔的应[2

6、,3]用前景。根据智能水凝胶刺激?响应方式的不同,可将其分为温敏性水凝胶、pH敏感性凝胶、光敏水凝胶、压敏水凝胶、电场响应性水凝胶及磁场响应性水凝胶等。其中,又以对温敏性水凝胶和pH敏感性凝胶的研究最多。从信号控制的角度看,电场易于施加和调控,这是电场响应性水凝胶独有的最大特点。本文重点介绍电场响应性水凝胶的研究概况、对电场的响应方式和应用领域,并指出了其目前研究中存在的主要问题,以期对今后的研究工作提供借鉴和参考。1电场响应性水凝胶的研究概况[4]对电场响应性智能水凝胶的研究最早可追溯到1965年Ha

7、mlen等的工作,他们观察到1%NaCl溶液在5V的直流电场作用下,通过Pt电极电解NaCl溶液引起溶液pH的变化而使交联的聚乙烯醇-聚丙烯酸PVA?PAA丝束发生伸缩变形。但其后的很长一段时间内对电场响应性智能水凝胶的研究刘根起男,36岁,博士,副教授,主要从事智能凝胶的研究。E-mail:liugenqi@//.国家自然科学基金重大研究计划90101005、西北工业大学英才培养计划基金03XD0106和西北工业大学研究生种子创业基金Z200587资助项目2006-05-23收稿,2006-07-19

8、接受////.化学通报2006年第69卷w102[5]处于一种停顿状态,直到1982年Tanaka等报道了部分水解的聚丙烯酰胺水凝胶于电场作用下发生的体积相转变行为后,有关电场响应性智能水凝胶的研究才又重新引起了科学家们的关注。Tanaka等发现,在体积比为1/1的丙酮/水二元混合溶液中,夹在两电极间的部分水解的聚丙烯酰胺水凝胶在电场诱导下,其靠近阳极的部分收缩,发生不连续的体积变化,凝胶体积可缩小至溶胀时的几百分之一即发生体积相转变;而当