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基于乳液冰模板法的多孔形状记忆聚合物设计制备及应用探索

基于乳液冰模板法的多孔形状记忆聚合物设计制备及应用探索

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作者：陈晓岚浙江大学

学位级别：硕士

多孔形状记忆聚合物具有三维骨架结构,且可以压缩记忆体积较小的临时形状刺激回复为体积较大的原始形状。较大的体积膨胀率及独特的自适应能力使其在生物医用等领域具备天然的应用优势。这些高附加值应用的实现如组织工程支架、止血海... 详细信息

多孔形状记忆聚合物具有三维骨架结构,且可以压缩记忆体积较小的临时形状刺激回复为体积较大的原始形状。较大的体积膨胀率及独特的自适应能力使其在生物医用等领域具备天然的应用优势。这些高附加值应用的实现如组织工程支架、止血海绵等通常与材料结构及性能息息相关,这意味着需实现对材料性能、微观形貌及宏观结构的精确调控。除了结构性能外,材料的形状记忆变形过程缺乏后编程调控机制,形状回复过程不可控。因此,本文致力于开发新型可编程多孔聚合物材料,丰富其结构与性能调控方式,并探索其应用可能。本文首先基于乳液冰模板法开发了一类性能及孔结构均可调的多孔材料。该方法以基于环氧-胺交联的聚丙烯酸酯乳液为原料,可以简便地实现不同性能的多孔材料的制备,比如拉伸性及回弹性优异的软多孔材料,具有形状记忆性能的硬质多孔材料以及具有机械阻尼性能的多孔材料。与此同时,通过稀释剂选择及乳液固含量调控,高孔隙率软硬泡沫被成功制备,以匹配不同的应用场合。除了上述性能及微观孔形貌调控,本文关注到宏观结构对材料功能化的重要性。本文结合乳液冰模板法和二次固化机制设计了一类永久形状可后期自适应调整的形状记忆多孔材料。其中,热固化乳液为多孔结构成型提供分子基础,而光固化乳液则赋予了多孔材料空间上三维结构编程重构的能力。该多孔材料具备良好的力学性能和体温触发的形状记忆效应,且孔隙率可在很大范围内便捷调控。在此基础上,本文充分发挥该材料形状可重构及自适应的优势,制备了面向不同需求的个性化定制医疗器件,包括自适应鞋垫、自适应隔音耳塞以及血管瘤栓塞泡沫,展现出良好的应用前景。传统形状记忆机制赋予器件按需启动变形的能力,但在一些场合难以施加外部刺激且变形起始时刻无法调控,操作不便。本文将相分离水凝胶作为“变形闹钟”植入上述热响应形状记忆多孔材料中,制备得到具有延时回复变形特性的聚合物材料。该复合材料在自发变形前具备可编程的延时窗口,兼具传统刺激响应形状记忆材料按需启动的能力及自发变形的行为,打破传统刺激响应变形模式。

关键词：多孔材料乳液形状记忆变形器件

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