基于紫甘蓝色素的智能凝胶材料及其甲醛变色研究

通过溶剂提取紫甘蓝中的花青苷色素(CabAn),在该色素化学结构的基础上,利用其质子化互变异构形成pH响应变色的特点,设计其与羟胺盐组合为超分子探针,通过甲醛与羟胺盐反应释放质子,而该质子则与花青苷的青绿色醌式体结合转化为紫红色吡喃鎓式,从而实现甲醛变色功能,并将超分子探针溶于琼脂制备成智能凝胶(CabAn_HA@Agar),按照国际照明委员会基于CIELab颜色空间定义色差的方法来测量计算甲醛浓度。

高分子凝胶电解质及其在电色Smart窗中的应用

研究了高分子凝胶电解质高氯酸锂－碳酸丙烯酯－聚甲基丙烯酸甲酯体系（ＬｉＣｌＯ４－ＰＣ－ＰＭＭＡ）的离子导电性、导电机理以及在电色Ｓｍａｒｔ窗中的应用．其离子电导率与温度的关系服从Ｖｏｇｅｌ－Ｔａｍｍａｎｎ－Ｆｕｌｃｈｅｒ方程，并与体系的ＰＭＭＡ质量百分数、玻璃化温度（Ｔｇ）、碱金属盐的浓度等有关．当ＬｉＣｌＯ４浓度为０．５ｍｏｌ／Ｌ，ＰＭＭＡ＝３５％时，电解质具有良好的粘附性、光学透明度及较高的室温离子电导率（σ＝８．７５×１０－４Ｓ／ｃｍ）．由其组装成的全固态电色Ｓｍａｒｔ窗具有良好的光谱特性，可见光调制范围为４０％～６０％；具有良好的光开关特性，响应时间仅为５ｓ．

Preparation of Color-Changing Textile with pH Indicators Produced by Sol-Gel Method

Smart textile was developed in this paper,which could change color according to the p H value, meanwhile keep the flexibility,breathability,light weight and large cover of textiles. In this study p H sensitive fabrics were prepared by sol-gel method with two common p H indicators methyl red( MR) and bromocresol green( BCG). The finished textiles present different halochromic behaviors with different dyeing methods. The oragic-inoragnic network,identified by Fourier transformed infrared spectrum( FTIR) and solid state nuclear magnetic resonance( NMR),plays a key role in holding stability against leaking,and the cell viability keeps pace with the leaking process. The interaction between the gel matrix and indicators depends on the charges and size of guest molecules.

氢键增强酰腙动态共价键智能水凝胶的制备及性能

通过可逆加成-断裂转移自由基聚合(RAFT)制备了一系列共聚物(PDAAM-co-PNIPAM-co-Mu),其成分为含脲基嘧啶酮(UPy)基团单体(Mu)、双丙酮丙烯酰胺(DAAM)和N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM),利用己二酸二酰肼(ADH)和PDAAM-co-PNIPAM-co-Mu反应,得到酰腙动态共价键交联的智能水凝胶。通过扫描电镜(SEM)、流变仪和万能试验机对智能水凝胶的结构、力学性能以及智能特性进行了考察。实验结果表明:UPy基团引入到该水凝胶网络中能够通过氢键增强水凝胶,其压缩强度提高了近4倍;同时,该水凝胶具有pH和温度双重响应、自愈合性能,并且水凝胶的压缩强度在温度响应之后提高了近30倍。

织物基柔性电致变色器件制备及其性能研究

智能电致变色纺织品可在外加电场作用下发生稳定、可逆颜色变化,引起了越来越多的关注与重视,成为了前沿新材料的一个重点发展方向。织物基电致变色柔性器件充满挑战,不仅需具备优良的快速变色响应能力,同时需保持在服用过程中的可变形特性。选用聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)为聚合物基底材料,加入增塑剂碳酸丙烯酯(PC)和双三氟甲基磺酰亚胺锂(LITFSI)导电盐制备具有优良离子导电性能的半固态离子凝胶,并与电致变色材料乙基紫精混合得到电致变色凝胶材料。基于反射型电致变色模型,构筑导电织物/变色凝胶/透明导电膜三明治结构的织物基柔性电致变色器件,可实现颜色在无色至蓝色之间的循环转换。所制备的织物基电致变色柔性器件具有较快响应速度,其着色时间和褪色时间分别为12秒和24秒,展现出了较好的循环稳定性和弯曲稳定性,在可穿戴智能显示领域具有广阔的应用前景。

钻井液智能堵漏材料研究进展

钻井液智能堵漏材料已成为近年来石油开采领域的全新研究方向。与传统堵漏材料直接桥堵的方式不同,智能堵漏材料的特别之处在于拥有应对环境变化的能力,同时还具有针对性强、封堵效果突出、对地层损害小等特点。目前国内外关于智能堵漏材料的研究主要分为智能凝胶和形状记忆材料两个方向。其中,智能凝胶流动性相对较好,能够不受地层孔隙大小的影响,自适应能力强,可依据不同地层温度进行不同胶态间的转化,也可通过控制注入地层后凝胶的固结时间来提高封堵效率。相比之下,形状记忆材料的研究较多,包括形状记忆聚合物及形状记忆合金两种。形状记忆合金的延展性及抗疲劳能力比较突出,虽然形变量较小,但是承压能力强,易于形成网状结构,可明显提升桥堵作用,因此其封堵能力突出;形状记忆聚合物堵漏材料不仅形变量大,而且原料成本低,可保护储集层不受污染,能够有效应对复杂结构地层漏失问题。本文综述了钻井液智能堵漏材料的最新研究进展,尤其是对智能凝胶堵漏材料及形状记忆堵漏材料的研制方法、性能特点、应用情况等进行分析和总结,并对新型智能堵漏材料进行了介绍。

自振荡凝胶的动力学模型及可控性分析

自振荡凝胶是一类在Belousov--Zhabotinsky化学反应(BZ反应)驱动下能够产生周期性收缩和膨胀大变形的智能软材料,简称为BZ凝胶,在微型激励器、传感器、药物释放、仿生材料等领域有着广泛的应用前景.基于BZ化学反应的Oregonator模型以及凝胶变形的力平衡方程,建立了由二阶微分方程表示的BZ凝胶的简化动力学模型,并通过对BZ凝胶的振荡动力学模型的分析,发现其在动力学相轨迹空间内呈现出稳定的周期性极限环振荡,进而利用改进的打靶法求得了BZ凝胶的振荡周期解,系统研究了反应物浓度、催化剂效率和链状高分子的亲水性等可控系统参数对其振荡形式、周期和幅值的影响.结果表明,只有在特定的系统参数取值下,BZ凝胶才能发生持续的周期性振荡;随着这些参数的改变,BZ凝胶的振荡形式、周期和幅值均产生规律性变化.证明了对自振荡凝胶实施周期性调控在理论上是可行的.

智能高分子开关膜的制备方法研究进展

智能高分子开关膜是将智能高分子与非刺激响应型基材膜结合而成。由于智能高分子能够响应外界刺激发生亲疏水性转变和构象变化,智能高分子开关膜也能根据外部刺激改变自身的表面/界面特性、渗透通量或选择透过性。智能高分子膜被用作抗污染滤膜、亲和分离、酶反应的起/停控制以及控制释放等。智能高分子开关膜的制备方法直接影响其环境刺激响应特性、稳定性和可重复制备性等。因此,系统介绍了基材膜修饰法、基材修饰成膜法和共混成膜法等3种智能高分子开关膜制备方法的定义、分类、机理和研究进展,并对比了3种方法的优缺点。基材膜修饰法研究最多,而共混成膜法最有望用于大规模制备智能高分子膜。本文以期为高效制备具有稳定、优良响应特性的智能高分子开关膜提供指导和参考。

热敏水凝胶的研究进展

介绍了热敏水凝胶的概念 ,并对其分类。

掺杂Mo^(6+)、Cr^(6+)灵巧膜α-WO_3的电致变色效应

本文介绍了单掺杂Mo6+及双掺杂Mo6+、Cr6+的溶胶-凝胶膜α－WO3的电致变色特性，实验结果与价间电荷跃迁理论所预言的复合膜透射率谱吸收峰移动规律一致，文章还采用晶体结构的离子配位场理论，解释了该复合膜是一种吸收型电致变色材料，其变色机理可归结为膜层中“小极子”跃迁而产生的光吸收．

一种用于玻璃智能调光的光致变色薄膜研究

合成了光致变色螺噁嗪染料(SO2),进行了化学结构表征。采用含甲基基团的甲基三乙氧基硅烷(MTES)进行水解缩聚反应,生成染料掺杂的硅溶胶,减少氢键对染料作用,提高变色可逆性。采用溶胶凝胶方法,在玻璃基片上制备光致变色染料掺杂智能调光膜。该染料掺杂膜在褪色态具有较高的透光作用,而在紫外辐射下的呈色态可达到很高的阻挡太阳辐射的效果,可以起到智能调光的作用,具有较好的节能效果和应用前景。

基于酰腙可逆共价键制备溶胶-凝胶转变的可自愈合水凝胶

通过自由基聚合合成了系列丙烯酰胺（AM）和双丙酮丙烯酰胺（DAAM）的共聚物PAM-co-PDAAM。用核磁共振（~1H-NMR）和凝胶渗透色谱（GPC）对其结构和组成进行了表征。将PAM-co-PDAAM和己二酰肼（ADH）混合,利用酮羰基和酰肼键之间形成酰腙可逆共价键构建具有溶胶（sol）-凝胶（gel）可逆转变特性的pH响应型凝胶。利用流变仪、扫描电镜（SEM）以及红外光谱（FT-IR）对sol-gel的转变过程进行了研究。考察了共聚物的组成对形成凝胶最低质量分数的影响。结果表明,随着DAAM含量的增加,形成凝胶的最低质量分数逐渐减小。制备得到的凝胶具有可自愈合性能。

壳聚糖-透明质酸复合凝胶的制备

合成了壳聚糖-透明质酸复合凝胶(壳聚糖15g/L,透明质酸1g/L,交联剂戊二醛用量为壳聚糖-透明质酸质量的30%,即4.8g/L,室温下放置24h),以改善单纯壳聚糖凝胶脆性较大、黏弹性及持水能力较弱等性能。壳聚糖与透明质酸在复合水凝胶中未发生微相分离,具有良好的相容性。与单纯的壳聚糖凝胶相比,含有透明质酸的复合凝胶具有较好的弹性及持水性能等。复合凝胶水分保持能力随凝胶中透明质酸含量的增大而增大,高温条件下复合凝胶持水能力更显著优于单纯壳聚糖凝胶。复合凝胶随温度、pH值等外界条件的改变会出现规律性的溶胀或收缩,具有作为智能材料使用的前景。

基于智能手机客户端应用的紫外线指数测量方法研究

为便捷实时测量紫外线指数(ultraviolet index,UVI),从响应速度、热稳定性、耐疲劳性和成本这四个方面对常见的几种光致变色化合物进行筛选评估,采用萘并吡喃型光致变色化合物(NP1),制备染料掺杂溶胶,浸镀法制备变色薄膜,并组装紫外线检测卡。紫外线指示卡上的变色膜遇紫外线辐射后,其变色信息被手机摄像头拍摄后,像素信息被换算为灰度数据(Gy),其与紫外线指数呈有较好的线性关系,据此建立了一种基于智能手机客户端应用的紫外线指数测量方法,方便普通消费者随时测量所处环境的紫外线指数,并适时做好防护准备。

新型冻胶封隔材料的制备及性能

针对普通冻胶本体强度弱和成胶时间不可控等问题,采用双交联体系MEA/MEB,通过丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酸钠(NaMAA)对淀粉进行接枝改性制备了冻胶封隔材料。采用高温高压稠化仪模拟冻胶现场应用环境,研究了丙烯酰胺用量、交联剂MEA用量、pH值、黏度调控剂(HXC)用量和加重材料类别对冻胶性能的影响,得到了基础配方为5%淀粉+4%丙烯酰胺+2%甲基丙烯酸钠+0.125%交联剂MEA+5%交联剂MEB+6.5%增韧剂SL-2+0.0025%引发剂APS的冻胶封隔材料,考察了该冻胶体系的稠化性能、可破胶性能以及三种常用加重材料对冻胶强度的提升作用。结果表明,基础配方的冻胶材料本体强度可达25 N;通过调节pH值7~13,可实现1~3 h的可控成胶时间;采用铁矿粉(1200目)调节密度至1.4 g/m^3的同时可使冻胶本体强度提高24%;采用自制环保型破胶液可实现有效破胶,破胶后呈流体状,黏度低至42 mPa·s,便于及时返排,为该冻胶封隔材料的现场应用提供了安全保障。

“智能”凝胶的合成及其在生物领域的应用

阐述了智能凝胶的合成途径和手段以及改进智能凝胶性能的方法,介绍了智能凝胶作为药物释放载体、分离材料、生物反应器、高效培养基和新型服饰等在生物领域中的应用。

隔热智能窗用W掺杂VO_(2)热致变色涂层的制备与表征

以低毒的硫酸氧钒为钒源、白钨酸为钨源,采用温和的液相法制备了钨掺杂柠檬酸氧钒铵前驱体;借助溶胶凝胶镀膜技术与500℃、Ar气气氛低温烧结制备了W掺杂VO_(2)涂层。研究发现,涂层中W^(6+)引入及V^(3+)产生有效降低了VO_(2)单斜相向四方相转变所需的热能势垒,同时也使得四方相可以在较低温度下存在。因此,随W掺杂量由0 at.%逐渐增加至5 at.%,涂层相变温度由44.8℃逐渐降低至36.9℃.然而,W掺杂使涂层物相由纯单斜相转变为单斜与四方相共存。涂层中单斜相含量降低导致了其近红外调控能力和太阳能转换效率均呈现单调下降趋势,分别由44.9%和8.5%(无掺杂)降低至12.0%与6.9%(W掺杂量为5 at.%).

用于CCUS地质封存的CO_(2)响应型智能凝胶封窜体系

为了有效应对封存CO_(2)后可能会发生的泄漏或逃逸,制备了一种注入性优良、封堵效果良好的CO_(2)响应型凝胶,在酸性条件下发生溶胶-凝胶态转变,适用于CCUS地质封存条件以提高井筒完整性。研究了不同的支化聚乙烯亚胺用量(1.5%~3.5%)、κ-卡拉胶用量(0.4%~0.5%)下CO_(2)响应型智能凝胶体系的流变性能、微观结构与封堵性能。研究表明,对于响应前的聚合物体系,剪切黏度随着剪切速率的增加而下降,为假塑性流体,当剪切速率在100~1000 s^(-1)时,黏度为2~100 m Pa·s,表明响应前的聚合物体系具有良好的注入性。该聚合物体系遇到CO_(2)时会发生溶胶-凝胶态转变。响应前聚合物体系在剪切频率为0.01~10 Hz时,模量在10^(-5)~100 Pa范围内;而CO_(2)响应凝胶在剪切频率为0.01~10 Hz时,模量在80~4000 Pa范围内,通入CO_(2)气体后的体系模量大幅度提升。发生响应后,体系具有表面平整、孔径均匀的三维网络骨架结构,使得体系具有较高的强度。岩心驱替实验结果显示F凝胶封窜体系(κ-卡拉胶用量为0.5%,支化聚乙烯亚胺用量为3.5%)对CO_(2)气体的封堵率为79.7%,对后续注入水的封堵率为99.8%,具有良好的封窜性能。本文为未来CO_(2)响应型凝胶封窜剂在CCUS地质封存领域的应用提供了新的技术路线与理论依据。

热致变色聚合物研究进展

热致变色聚合物具有成本低、易制备、易加工、易修饰、稳定性好等优势,已被应用到温度传感、智能窗、变色涂料、显示器、智能纺织品、防伪等多个领域。根据热致变色机理,总结了共轭聚合物、超分子聚合物、凝胶、光子晶体和液晶聚合物的最新研究进展,并对其变色机理及应用进行了概述及分类归纳。最后,提出了目前热致变色聚合物在应用中还存在的问题,并对未来该领域的研究方向作了展望。

改性乙二胺/氯化铜复合材料的制备及其温敏变色性能

采用硅溶胶-凝胶法改性乙二胺氯化铜络合物,制备了一种具有温敏连续多变色性能的改性乙二胺/氯化铜复合材料。探讨了溶胶组分中正硅酸四乙酯用量对复合材料的稳定性以及引发剂盐酸对其温敏变色性能的影响,考察了改性乙二胺/氯化铜复合材料的温敏变色机理。结果表明,在120℃复合材料水配体被取代,发生从无色到黄色的颜色变化,在160℃时水分子重新与中心铜离子配位,同时氮配体发生质子转移,复合材料颜色由黄色变为蓝色。正硅酸四乙酯改性后复合材料有较好的稳定性,随着盐酸浓度增加,氯离子配位几率增大,改性乙二胺/氯化铜复合材料的颜色变得更深。