【论文】软物质论文

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1、软物质论文摘要：本文对水凝胶的电场响应进行解释，之后进行应用的介绍，最后了解温致壳聚糖水凝胶的实验。来对水凝胶有更深入的了解。关键词：水凝胶，电场，水凝胶应用，壳聚糖1.水凝胶简介水凝胶（Hydrogel）是以水为分散介质的凝胶。具冇网状交联结构的水溶性高分了中引入一部分疏水基团和亲水残基，亲水残基与水分子结合，将水分子连接在网状内部，而疏水残基遇水膨胀的交联聚合物。是一种高分了网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水。凡是水溶液或亲水性的高分子，通过一定的化学交联和物理交联，都可以形成水凝胶。这些高分子按其來源可分为天然和合成两大类。天然的

2、亲水性高分子包括多糖类（淀粉，纤维索，海藻糖，透明质酸，売聚糖等）和多肽类（胶原，聚-赖氨酸，聚L-谷氨酸等）。合成的亲水高分子包括聚乙烯，醇，丙烯酸及其衍牛物类（聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚丙烯酰胺。聚N-聚带内烯酰胺等）。水凝胶有各种分类方法，根据水凝胶网络键合的不同，可分为物理凝胶和化学凝胶。物理凝胶是通过物理作用力如静电作用、氢键、链的缠绕等形成的，这种凝胶是非永久性的，通过加热凝胶可转变为溶液，所以也被称为假凝胶或热可逆凝胶。许多天然髙分子在常温下呈稳定的凝胶态，如k2型角义菜胶、琼脂等；在合成聚合物中，聚乙烯醇（PVA）是一典型的例了，经过冰冻

3、融化处理，可得到在60C以下稳定的水凝胶。化学凝胶是由化学键交联形成的三维网络聚合物，是永久性的，又称为真凝胶。根据水凝胶大小形状的不同，冇宏观凝胶与微观凝胶（微球）之分，根据形状的不同宏观凝胶乂可分为柱状、多孔海绵状、纤维状、膜状、球状等，制备的微球冇微米级及纳米级Z分。根据水凝胶对外界刺激的响应情况可分为传统的水凝胶和环境敏感的水凝胶两人类。传统的水凝胶对环境的变化如温度或pH等的变化不敏感，而环境敏感的水凝胶是指口身能感知外界环境（如温度、pH、光、电、压力等）微小的变化或刺激，并能产生相应的物理结构和化学性质变化甚至突变的一类高分子凝胶。此类凝胶

4、的突出特点是在对环境的响应过程中其溶胀行为有显苦的变化，利用这种刺激响应特性可将其用做传感器、控释开关等，这是1985年以来研究者最感兴趣的课题之一。根据合成材料的不同，水凝胶又分为合成高分了水凝胶和天然高分了水凝胶。天然高分了由于具冇更好的生物相容性、对环境的敏感性以及丰富的来源、低廉的价格，因而正在引起越来越多学者的重视。但是天然高分子材料稳定性较差，易降解。2.水凝胶电场响应简介刺激响应性材料通常是指凝胶而言，其尺寸，形状或特性随外界刺激而发生改变。凝胶则是指溶胀的三维网状结构高分子。即聚合物分子间相互连接，形成空间网状结构，而网状结构的空隙屮有填

5、充了液体介质。聚合物凝胶在诸多领域，如化学工程、医学、制药、食品和农业等方面都有研究和应用。凝胶对刺激的响应表现为膨胀或塌陷，成为力化学性。聚电解质凝胶实在聚合物网状结构中含有化学键结合的离子化基团的水凝胶。在聚电解质凝胶屮，主链上带有电荷，通过交联，电荷与电荷和之间保持一定的距离。这种凝胶对温度，pH值，电场或磁场等环境因索变化所给予的刺激会产生响应，导致体积发生变化，这种变化说明凝胶具有将外部刺激装换为机械能都可能性。而电场易于控制，如果能弄淸凝胶对电场的响应机理，就能对凝胶通过电场进行精确控制，从而应用于药物释放等方面。1.聚电解质凝胶电场响应机理

6、3.1场理论TanakaT.3认为体积的改变可以看作是包含带电荷的聚合物网络，相应的离了，液体等组成的体系的相转变，相转变是凝胶内三种力相互竞争的宏观表现：边界间正的渗透压，聚合物与聚合物之间的吸引造成的负压，聚合物网络弹性。并用Flory和Huggins的场理论进行了解释，并用网络有v个大分子的末端通过交联构成，每个大分子包含用个自由结合的链段，其屮f个链段是离了化的，当样阳成型后，人分了链段间不相互反应，凝胶的一•段固定在电极上，分析凝胶小的一薄片Z。，它距离自由端Z,在电场作用下，薄片的厚度变为BZo,直径变为Q%下面分析如何使凝胶薄片的白由能最小

7、，白由能包括凝胶的形变自由能Fg和抵抗电场所做的功Fe:'(肿)：ln(l-^)+等胃］++一2&'+0?—3—(2/+1)ln(a'/9).；-?=>/c/l(Z/A0)(/9-1)AZ03.2渗透压理论凝胶内三种力共同决定了渗透压，而渗透压决定了凝胶的平衡状态：聚合物弹性使凝胶在拉伸时趋向收缩，在收缩时趋向膨胀；聚合物Z间的作用力；离了压力是凝胶内的阳离了和阴离子运动产牛的。ShigaT.^对聚丙烯酰胺的凝胶在电刺激卜•的响应进行了研究，并用Flory的渗透压理论进行了解释，当在电极间加直流电场时，可移动的离子向着相反电极方向移动，结果使得渗透压乳

8、改变，当兀随着时间增加时，凝胶溶胀，当n随着时间减少时，凝胶收缩，阳极端的渗透n