荧光量子点的制备及其与水凝胶的复合研究
二十一世纪是一个新型智能材料高速发展的时代。在这个时代中，以自愈合水凝胶为代表的智能材料得到了崭新的发展，由于其在产生缺陷时无外界作用的情况下具有自我判断、控制和恢复的能力成为具有广阔应用前景的一种功能水凝胶材料。目前已报道的自愈合水凝胶材料大部分是物理凝胶。它是以氢键作用、疏水缔合作用等物理非共价键作用形成的交联网络结构聚合物。但是关于化学凝胶能够自愈合的报道不多，因此，制备出具备自愈合性能的化学水凝胶成为当前的一项挑战。 在本篇论文中，我们通过前端聚合的方法制备了AAm-co-NVP-co-DMDAAC以及AAm-co-NVP共聚物水凝胶。首先确定了这两种共聚物水凝胶的理想溶剂。其次，通过调查，我们发现水凝胶的溶胀性能随着[NVP]/[AAm]的摩尔比增大而减小，而自愈合性能变好，随着交联剂浓度的增加溶胀和自愈合性能都变差，随着DMDAAC浓度的增加溶胀和自愈合性能都变好。并且着重研究了自愈水凝胶的结构与性能之间的关系。此外，我们也借助了高度荧光的纳米晶体构建出功能性自愈合荧光水凝胶。关键词 智能材料，水凝胶，自愈合，前端聚合，荧光
目 录
1 绪论 1
1.1 水凝胶的定义与发展 1
1.2 水凝胶的分类 1
1.3 水凝胶的特性 2
1.4 水凝胶的应用 2
1.5 荧光量子点在水凝胶上的应用 3
1.6 本课题需要研究和解决的问题 3
1.7 本课题采用的技术和手段 3
1.8 本课题的技术路线 4
2 实验部分 4
2.1 实验原料 4
2.2 实验器材 5
2.3 实验内容 5
2.3.1 水凝胶样品的制备 5
2.3.2 掺杂荧光量子点的水凝胶样品的制备 7
2.3.3 共聚物水凝胶溶胀实验 7
2.3.4 共聚物水凝胶SEM形貌实验 8
2.3.5 共聚物水凝胶自愈合实验 8
2.4 表征手段 9
3 研究结果与分析 10
3.1 不同溶剂对水凝胶聚合程度的影响 10
3. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
2 共聚物水凝胶溶胀性能的测试 11
3.2.1 [NVP]/[AAm]的摩尔比对水凝胶材料溶胀性能的影响 11
3.2.2 交联剂浓度对水凝胶材料溶胀性能的影响 11
3.2.3 单体(DMDAAC)浓度对水凝胶材料溶胀性能的影响 12
3.2.4 共聚物水凝胶溶胀行为研究 12
3.3 共聚物水凝胶SEM形貌分析 13
3.4 共聚物水凝胶的自愈合性能研究 14
3.4.1 [NVP]/[AAm]的摩尔比对水凝胶自愈合性能的影响 14
3.4.2 交联剂浓度对水凝胶自愈合性能的影响 14
3.4.3 单体(DMDAAC)浓度对水凝胶自愈合性能的影响 15
3.4.4 水凝胶薄膜材料自愈合性能分析 15
3.5 掺杂荧光量子点的水凝胶的性能分析 16
3.5.1 荧光量子点水凝胶的光学性能分析 16
3.5.2 荧光量子点水凝胶的力学性能分析 17
结 论 20
致 谢 21
参 考 文 献 22
1 绪论
1.1 水凝胶的定义与发展
水凝胶材料是一种遇水能够溶胀并且不会溶解在水中的由多维网络结构交联组成的新型高分子材料[1, 2]。该材料兼顾液体和固体的特性，具有吸水和保水能力强、良好的溶胀性能、柔软以及抗拉强度好等特点。水凝胶这种特殊的结构特性引起了众多科学研究者浓厚兴趣，目前水凝胶除了被用于传统的建筑，化工领域，还被广泛用于各种生物医学领域及仿生智能材料开发领域[36]。
1.2 水凝胶的分类
水凝胶有着丰富的种类，可以根据水凝胶的根源、其三维交联网络结构的构成方式、对外来环境刺激的响应情况、大小和形状等进行分类[7]。
1.2.1 根据水凝胶的根源分类
按照水凝胶的根源可以将其分为天然水凝胶和合成水凝胶[8]。天然水凝胶存在于大多数生物体内，主要包括明胶、纤维、海藻酸盐、壳聚糖以及琼脂糖等，具有优秀的生物相容性和刺激响应等特性。但是天然水凝胶的机械力学性能较差,且稳定性较差，容易降解。合成水凝胶主要包括聚丙烯酸(PAAc)、聚氧化乙烯(PEO)、丙烯酰胺(AAm)、聚乙烯基吡咯烷酮(PNVP)、聚乙二醇(PGE)以及聚乙烯醇(PVA)等。与天然水凝胶相比，合成水凝胶的结构和性质可以根据自身实际需求作出调节，但是其生物相容性较差。根据他们的优缺点，近几年研究学者开始了对混合水凝胶的新的调查与研究。
1.2.2 根据水凝胶的交联方式分类
水凝胶按其网络交联方式可以分为化学水凝胶和物理水凝胶[8]。化学水凝胶是由共价键结合作用组建的具有三维网络结构的聚合物，其结构通常是永久性的，它不会随外界环境条件的改变而溶解变成溶液，又称为真凝胶[9]。物理共聚物水凝胶是通过链的缠绕作用、静电作用、离子作用以及疏水缔合作用等非共价键作用形成的交联网络结构，它是非永久性的，通常可以对其进行外部刺激(如温度、光、电)，水凝胶可溶解转变成溶液，因此也称为假凝胶[10, 11]。
1.2.3 根据水凝胶对外来环境刺激的响应情况分类
按照水凝胶对外来环境条件刺激的响应情况可以将其分为传统非智能水凝胶和智能水凝胶。传统非智能水凝胶对外界环境条件的刺激不敏感，没有相应的响应情况，而智能水凝胶能够通过对感知外界环境的变化给予出相应的响应。根据对外界环境条件刺激响应因素的多少智能水凝胶可以分为单一作用响应智能水凝胶、双重作用响应智能水凝胶或者多重作用响应智能水凝胶。单一作用响应智能水凝胶根据外界环境条件刺激的响应不同又可分为温度敏感水凝胶、pH敏感水凝胶、光敏感水凝胶以及磁场敏感水凝胶等[12, 13]。双重响应智能水凝胶根据外界刺激的响应的不同可分为温度/pH值敏感水凝胶、热/光敏感水凝胶、磁场/热敏感水凝胶、pH值/离子敏感水凝胶等。
1.2.4 根据水凝胶的大小和形状分类
按照水凝胶的大小可以将水凝胶分为宏观水凝胶和微观(微米级或纳米级)水凝胶。按照形状的不同凝胶又可以分为圆柱状、多孔洞海绵状、组织纤维状、圆球状等。
1.3 水凝胶的特性
目 录
1 绪论 1
1.1 水凝胶的定义与发展 1
1.2 水凝胶的分类 1
1.3 水凝胶的特性 2
1.4 水凝胶的应用 2
1.5 荧光量子点在水凝胶上的应用 3
1.6 本课题需要研究和解决的问题 3
1.7 本课题采用的技术和手段 3
1.8 本课题的技术路线 4
2 实验部分 4
2.1 实验原料 4
2.2 实验器材 5
2.3 实验内容 5
2.3.1 水凝胶样品的制备 5
2.3.2 掺杂荧光量子点的水凝胶样品的制备 7
2.3.3 共聚物水凝胶溶胀实验 7
2.3.4 共聚物水凝胶SEM形貌实验 8
2.3.5 共聚物水凝胶自愈合实验 8
2.4 表征手段 9
3 研究结果与分析 10
3.1 不同溶剂对水凝胶聚合程度的影响 10
3. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
2 共聚物水凝胶溶胀性能的测试 11
3.2.1 [NVP]/[AAm]的摩尔比对水凝胶材料溶胀性能的影响 11
3.2.2 交联剂浓度对水凝胶材料溶胀性能的影响 11
3.2.3 单体(DMDAAC)浓度对水凝胶材料溶胀性能的影响 12
3.2.4 共聚物水凝胶溶胀行为研究 12
3.3 共聚物水凝胶SEM形貌分析 13
3.4 共聚物水凝胶的自愈合性能研究 14
3.4.1 [NVP]/[AAm]的摩尔比对水凝胶自愈合性能的影响 14
3.4.2 交联剂浓度对水凝胶自愈合性能的影响 14
3.4.3 单体(DMDAAC)浓度对水凝胶自愈合性能的影响 15
3.4.4 水凝胶薄膜材料自愈合性能分析 15
3.5 掺杂荧光量子点的水凝胶的性能分析 16
3.5.1 荧光量子点水凝胶的光学性能分析 16
3.5.2 荧光量子点水凝胶的力学性能分析 17
结 论 20
致 谢 21
参 考 文 献 22
1 绪论
1.1 水凝胶的定义与发展
水凝胶材料是一种遇水能够溶胀并且不会溶解在水中的由多维网络结构交联组成的新型高分子材料[1, 2]。该材料兼顾液体和固体的特性，具有吸水和保水能力强、良好的溶胀性能、柔软以及抗拉强度好等特点。水凝胶这种特殊的结构特性引起了众多科学研究者浓厚兴趣，目前水凝胶除了被用于传统的建筑，化工领域，还被广泛用于各种生物医学领域及仿生智能材料开发领域[36]。
1.2 水凝胶的分类
水凝胶有着丰富的种类，可以根据水凝胶的根源、其三维交联网络结构的构成方式、对外来环境刺激的响应情况、大小和形状等进行分类[7]。
1.2.1 根据水凝胶的根源分类
按照水凝胶的根源可以将其分为天然水凝胶和合成水凝胶[8]。天然水凝胶存在于大多数生物体内，主要包括明胶、纤维、海藻酸盐、壳聚糖以及琼脂糖等，具有优秀的生物相容性和刺激响应等特性。但是天然水凝胶的机械力学性能较差,且稳定性较差，容易降解。合成水凝胶主要包括聚丙烯酸(PAAc)、聚氧化乙烯(PEO)、丙烯酰胺(AAm)、聚乙烯基吡咯烷酮(PNVP)、聚乙二醇(PGE)以及聚乙烯醇(PVA)等。与天然水凝胶相比，合成水凝胶的结构和性质可以根据自身实际需求作出调节，但是其生物相容性较差。根据他们的优缺点，近几年研究学者开始了对混合水凝胶的新的调查与研究。
1.2.2 根据水凝胶的交联方式分类
水凝胶按其网络交联方式可以分为化学水凝胶和物理水凝胶[8]。化学水凝胶是由共价键结合作用组建的具有三维网络结构的聚合物，其结构通常是永久性的，它不会随外界环境条件的改变而溶解变成溶液，又称为真凝胶[9]。物理共聚物水凝胶是通过链的缠绕作用、静电作用、离子作用以及疏水缔合作用等非共价键作用形成的交联网络结构，它是非永久性的，通常可以对其进行外部刺激(如温度、光、电)，水凝胶可溶解转变成溶液，因此也称为假凝胶[10, 11]。
1.2.3 根据水凝胶对外来环境刺激的响应情况分类
按照水凝胶对外来环境条件刺激的响应情况可以将其分为传统非智能水凝胶和智能水凝胶。传统非智能水凝胶对外界环境条件的刺激不敏感，没有相应的响应情况，而智能水凝胶能够通过对感知外界环境的变化给予出相应的响应。根据对外界环境条件刺激响应因素的多少智能水凝胶可以分为单一作用响应智能水凝胶、双重作用响应智能水凝胶或者多重作用响应智能水凝胶。单一作用响应智能水凝胶根据外界环境条件刺激的响应不同又可分为温度敏感水凝胶、pH敏感水凝胶、光敏感水凝胶以及磁场敏感水凝胶等[12, 13]。双重响应智能水凝胶根据外界刺激的响应的不同可分为温度/pH值敏感水凝胶、热/光敏感水凝胶、磁场/热敏感水凝胶、pH值/离子敏感水凝胶等。
1.2.4 根据水凝胶的大小和形状分类
按照水凝胶的大小可以将水凝胶分为宏观水凝胶和微观(微米级或纳米级)水凝胶。按照形状的不同凝胶又可以分为圆柱状、多孔洞海绵状、组织纤维状、圆球状等。
1.3 水凝胶的特性
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/jscl/267.html
