《南京工業(yè)大學畢業(yè)論文文獻翻譯.pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《南京工業(yè)大學畢業(yè)論文文獻翻譯.pdf（8頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、材料科學與工程學院本科畢業(yè)設計（論文）外文資料翻譯原文名稱Remote Controlled Multishape Polymer NanocompositeswithSelectiveRadiofrequencyActuations 原文作者Zhengwang He, Nitin Satarkar, Tao Xie, Yang-TseCheng,andJ.ZachHilt原文出版物WILEY-VCHVerlagGmbH&Co.KGaA,Weinheim2011,23,3192–3196翻譯內容頁碼3192~3196中文名稱選擇性射頻遠程控制多型性聚合物納米復合材料學生姓名管武榮專業(yè)高分子材料
2、與工程學號P1102110310 2015年1月 選擇性射頻遠程控制多型性聚合物納米復合材料ZhengwangHe,NitinSatarkar,TaoXie,Yang-TseCheng,andJ.ZachHilt形狀記憶聚合物（SMP）是一類可使臨時形狀穩(wěn)定變形和通過外界條件刺激恢復它們初始的形狀的聚合物。[1,2]。SMP通過設置臨時形狀,然后執(zhí)行恢復初始的形狀的獨特能力已經(jīng)被使用在各個領域。許多原型系統(tǒng)開發(fā),包括血管內清除血栓設備,[3]自動放出可逆的干燥粘合劑,降解生物的自我緊縮縫合(4、5),[6]一個活躍的微流體裝置,[7]自我修復表面,[8]組織工程支架,[9]和以皺紋為基礎結構制
3、式系統(tǒng)。[10]大多數(shù)形狀記憶聚合物只能切換一個臨時的形狀和一個初始的形狀(即每個形狀記憶循環(huán)。雙層記憶效應)。這是有關雙層記憶聚合物僅有唯一形狀記憶轉變事實,可逆的熱轉換(如一個玻璃化轉變或融化轉變)，負責形狀發(fā)生變化。通過使用額外的化學[11-13]或 物理[14]限制形狀記憶轉變,形狀記憶聚合物變得能夠切換兩個臨時的形狀和一個初始的形狀(即。三倍形狀記憶效應)。相比之下,我們最近發(fā)現(xiàn),用廣泛的形狀記憶聚合物轉變可以顯示一個可調三倍——甚至四倍高度形狀記憶效應。[15]除了參與每個形狀記憶周期的形狀數(shù)量,恢復SMP的觸發(fā)機制是至關重要的。雖然直接加熱是最常見的用于觸發(fā)恢復的方法,許多實際的
4、設置直接進入加熱不是可行的,如在體內的應用。因此,選擇遠程觸發(fā)機制,如紅外線[16]和磁場,(17、18)已經(jīng)開發(fā)除了無遠程觸發(fā)機制,包括水浸法[19]和電阻加熱(20、21)來實現(xiàn)其多功能性。[22]以前證明三倍形狀聚合物體系(11-15),這兩個臨時形狀隨后通過加熱或線性連續(xù)加熱恢復。在一個典型的熱機械分析儀(TMA)控制加熱三倍形狀聚合物很容易實現(xiàn),但這樣做在環(huán)境設置中可能會遇到許多具有挑戰(zhàn)性的實際問題。為了克服這個問題,Kumar等人介紹 了氧化鐵(Fe3O4)三倍形狀聚合物納米粒子。[23]利用兩個不同的磁場強度在同一射頻(RF),按順序讓兩個材料加熱到平衡溫度。因此,是以遠程的方式
5、兩步實現(xiàn)的。然而，無論何種控制機制,所有已知的恢復三倍形狀記憶聚合物系統(tǒng)始終遵循一個單一的路線:1)低溫臨時形狀,2)高溫度臨時形狀,3)和初始形狀(11-15)。在這里,我們報告一個多層組合SMP能夠遠程和選擇性觸發(fā)多個臨時的恢復形狀。我們的方法是基于Fe3O4納米顆粒和碳納米管(碳納米管)可以選擇性地誘導兩個非常不同的射頻(RF)范圍(296千赫茲和13.56兆赫茲)發(fā)熱的原則。兩個納米填料可以嵌入到聚合物復合材料的不同位置,使其暴露在射頻場獨立加熱(恢復)。這樣一個概念設計如圖1所示。目標多層組合SMP包含三個區(qū)域:Fe3O4-SMP(右區(qū)),平整的SMP(中心區(qū)域),CNT-SMP(左
6、區(qū))。所有介紹到的三個區(qū)域中初始的連續(xù)形狀是首個臨時的變形形狀# 1。對于臨時形狀# 1,Fe3O4-SMP或CNT-SMP區(qū)域的恢復可以通過選定的射頻遠程控制，在沒有其它區(qū)域的恢復下。這樣,其恢復初始形狀可以按照五個編號不同的恢復路線,包含五個不同的形狀聚合物。由于該方法依賴于選擇性的局部刺激，一個廣泛的形狀記憶轉變或多個不同的形狀記憶轉換，這是其它已知的多型性記憶的聚合物所必需的，在這里并不需要。更重要的是，選擇性遠程控制的概念可以在形狀記憶聚合物上有利于其他刺激響應系統(tǒng)刺激響應。 在圖1中實驗驗證概念描述,我們開始個人制作Fe3O4-SMP和CNT-SMP復合材料和評估它們的遠程控制性能
7、。綜合利用這兩種基于聚合物基體相同的環(huán)氧樹脂復合材料，對其形狀記憶性能進行分析。(24、25)值得注意的是,平整的環(huán)氧SMP的彈性模量約為10MPa。圖1。概念圖解各種形狀從臨時形狀#1到初始的形狀恢復路線。五種恢復路線可能取決于序列。RF1和RF2分別代表無線電頻率的低和高。在所有五個恢復路線,最后一步總是通過直接加熱SMP中心地區(qū)恢復初始形狀，不包含任何填料。橡膠模量的交聯(lián)密度高,使材料適合應用于高壓力恢復。[4]通過原位聚合使納米粒子填料引入SMP模型。[8]粒子載荷(環(huán)氧樹脂液體前驅的重量百分比)調整到5%重量的Fe3O4和0.4%重量的碳納米管。平整的SMP樣本沒有任何納米顆粒也要合
8、成和測試并作為參考。SMP納米顆粒色散和復合材料的形態(tài)使用掃描電子顯微鏡(SEM)表征。觀察到在一個較低 的放大倍數(shù)下,均勻分散Fe3O4-SMP和CNT-SMP(圖2a,c)。在更高的放大倍數(shù)下,進一步研究Fe3O4納米粒子，發(fā)現(xiàn)在多粒子群下單獨分散(圖2b,d)。在這里,Fe3O4凝聚是由于其高負荷和顆粒間的相互作用。 使用差示掃描量熱法(DSC)和動態(tài)力學分析法(DMA)分析了混合的SMP和平整的SMP的玻璃化轉變溫度(Tg)。DSC結果(圖3)表明,盡管平整的SMP Tg是60.7C,Fe3O4-SMPTg和CNT-SMPTg分別被減少到44.7C和59.0C。從DMA曲線的三個樣本(
9、圖3b)中發(fā)現(xiàn)了類似的趨勢,即模量和阻尼,tanδ,曲線是轉向較低的復合材料的溫度范圍。雖然不是當前的重點調查,Tg的減少可能與納米顆粒,干擾網(wǎng)絡在交聯(lián)過程中原位聚合有關。更重要的是Tg減少Fe3O4-SMP的復合也可能導致色散不完美和高度填充裝載。 圖2。掃描電SMP復合材料的電鏡圖像。a)Fe3O4-SMP5000放大。b)Fe3O4SMP30000放大。c)CNT-SMP5000放大。d)CNT-SMP30000放大。 圖3。熱性能和遠程加熱平整SMP和混合SMP。a)DSC曲線圖。b)DMA曲線圖。c)的射頻加熱要296千赫。d)的射頻加熱要13.56MHz。根據(jù)SMP的選擇性加熱特性
10、研究了納米復合材料對這三個樣本的兩個射頻場296千赫和13.56MHz。樣品的表面溫度與射頻曝光時間(圖3c,d)。數(shù)據(jù)顯示平整SMP沒有在任一區(qū)域誘導加熱，有一個特定頻率的響應，使Fe3O4和CNT受熱相互獨立。具體來說,Fe3O4-SMP復合只是在296千赫領域加熱和CNT-SMP復合只是在13.56MHz加熱。在這兩種情況下熱誘導時,穩(wěn)態(tài)溫度,超過了Tg,達成大約在1-2分鐘。我們也應該注意,碳質納米填料已通過紅外線[16]或電阻加熱引入SMP,(20、21)這里的第一個例子是磁響應碳納米管復合材料，在CNT的一小部分。。形狀記憶性能(形狀不變(Rf)和形狀恢復(Rr))平整的SMP和兩
11、個SMP復合樣本評估使 用彎曲變形。[21]因此,測定約為100%的RF和RR的所有樣品,表明形狀記憶屬性并不妨礙納米顆粒的滲入。在圖1中通過實驗實現(xiàn)選擇性控制,根據(jù)多級固化程序,多層組合樣品由Fe3O4SMP區(qū)域和CNT-SMP區(qū)域在實驗部分詳細開加工好。多級固化環(huán)氧樹脂的化學性質保證了不同地區(qū)之間的接口是非常穩(wěn)固的。[13]在圖1中展示了直條形試樣在所有三個區(qū)域和恢復路徑3第一次變形的測量實驗，如圖4。當變形的試樣進行13.56兆赫的射頻場刺激，只有CNT-SMP區(qū)域被加熱(紅外(IR)圖像)。這導致了CNT-SMP區(qū)域的完全恢復。在隨后的暴露在296kHz射頻場中,Fe3O4-SMP區(qū)域
12、選擇性地加熱和恢復。最后,在烤箱加熱平整的SMP區(qū)域恢復。在整個過程中，實現(xiàn)了三個臨時形狀的恢復,證實了選擇性控制確實可以精確的控制多個恢復。 我們注意到當前材料需要CNT和Fe3O4復合材料在空間上分開。這源于這樣一個事實:射頻觸發(fā),盡管其遠程特性是基于加熱的。如果CNT和Fe3O4填充料被引入一個單一的復合材料,由此產(chǎn)生的材料能夠應對兩個不同的射頻場,但選擇性控制功能將丟失。另一方面,選擇性控制單個復合材料是可行的,如果是為了應對兩個完全不同的恢復觸發(fā)(例如。濕度、曝光和加熱)。未來的研究上，這是一個有趣的方面值得去探索。我們進一步注意,它可能是有利于單一材料表現(xiàn)出選擇性控制能力,我們之前
13、通過提供了有利它自己的材料和多層組合方法設計類似于多層組合材料報道。[26] 圖4。多層組合形狀恢復演示實驗。樣品依次受到射頻場13.56MHz和296千赫。紅外圖像顯示相應的選擇性加熱區(qū)域?？傊? SMP Fe3O4-SMP組成的區(qū)域和CNT-SMP隔開的區(qū)域也是仿造的多層組合,Fe3O4納米粒子聚合形成多層組合集群,而CNT均勻分散。納米粒沒有形狀記憶聚合物基體的性能,但導致降低Tg,尤其是Fe3O4的情況。由于Fe3O4和CNT納米粒子的選擇性射頻加熱性能，當使用兩個不同的射頻場來遠程控制,被發(fā)現(xiàn)多層組合被能夠控制多個形狀恢復。這種選擇性控制方法可以廣泛適用于其它刺激響應材料以外的系統(tǒng)。
14、實驗部分材料:環(huán)氧樹脂前體細胞,包括雙酚A縮水甘油醚(EPON 826),新戊二醇縮水甘油醚 (NGDE),和固化劑(聚醚胺D-230),從商業(yè)來源獲得。(24、25)球形Fe3O4納米粒子（0.2%聚乙烯吡咯烷酮包覆的Fe3O4）與平均粒徑為25nm的多壁碳納米管（sciencelab公司購買；直徑20–30nm，長度超過80μm）和官能化酯是由在肯塔基大學應用能源研究中心慷慨捐贈。SMP納米復合材料的合成:SMP樣品環(huán)氧前體細胞的摩爾比EPON/NGDE/聚醚胺=1.5/0.5/1。[24]把納米顆粒（Fe3O4或CNT）分散在聚醚胺D-230第一超聲10分鐘。接下來,EPON826和NG
15、DE被分散。獲得的混合物與兩個玻璃板塊之間的聚四氟乙烯被旋渦混合器進一步混合10s，由相隔1毫米墊片分開。固化時間在100C為1.5h和130C為1h。固化后,進行樣本之后的特性描述和形狀記憶評估。多層組合SMP合成的三個步驟。首先,Fe3O4-SMP單體溶液部分固化20分鐘。然后，平整的SMP單體溶液在第一區(qū) 增加的部分固化20分鐘。最后,在單體溶液中加入CNT-SMP完全固化。總體樣本的測量為43毫米5毫米1毫米。兩個復合區(qū)域都是15毫米的長度。SEM分析表征：采用日立模型s-4300進行。獲得的圖像為斷裂試樣表面。DSC采用Q100模型儀器，其升溫速率為10C每分鐘。DMA測量是在Q80
16、0模型儀器進行的。實驗在承受拉力下進行，多頻調試。試樣被切成25毫米5毫米尺寸。試樣首先保持20C，然后溫度增加到120C速率為5C每分鐘。 形狀記憶的評估:形狀固化(Rf)和形狀恢復(Rr)的評估是通過比較彎曲角度,固定角度,和恢復角度。試樣100C和180C加熱使其彎曲(彎曲角),然后在冰水淬火5分鐘。在試樣加熱到100C測定固定角度。最后測量恢復角度。在兩個頻率,為射頻加熱SMP復合材料切成方塊(8毫米8毫米1毫米)。所產(chǎn)生的射頻場296千赫MMF-3-135/400-2泰勒溫菲爾德感應電源模型(直徑15毫米，匝數(shù)5圈的螺線管)。由一個射頻功率源產(chǎn)生的5S13.56兆赫的射頻場(直徑11
17、厘米，匝數(shù)8圈的螺線管)。在加熱過程中試樣表面溫度與紅外攝像機記錄。多次復原示范:試樣以直條形式第一次在烤箱加熱(100C)。第一步試樣的三個區(qū)域用手弄成“Ω”形狀。然后使其冷卻固定。之后,在13.56MHz射頻場和296kHz射頻場,直接加熱固化。致謝 作者感謝Drs.BillCarter,GeoffMacknight,NileshMankame,和PaulAlexander大對形狀記憶聚合物主體的討論。作者還感謝博士DiptiBiswalSEM成像的幫助和射頻加熱實驗的幫助。此外，作者感謝布羅克醫(yī)生馬爾斯安德魯斯博士，羅德尼博士，馬克邁耶，和阿曼考爾提供多壁碳納米管和碳納米管的酯官能化。R
18、eceived:February17,2011Publishedonline:June3,2011參考文獻 [1] M.Behl,A.Lendlein,Mater.Today2007,10,20.[2]P.T.Mather,X.F.Luo,I.A.Rousseau,Annu.Rev.Mater.Res.2009,39,445.[3]W. Small, M. F. Metzger, T. S. Wilson, D. J. Maitland, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.2005,11,892.[4]T.Xie,X.C.Xiao,Chem.Mater.20
19、08,20,2866.[5]R.Wang,X.C.Xiao,T.Xie,Macromol.RapidCommun.2010,31,295.[6]A.Lendlein,R.Langer,Science2002,296,1673.[7]K.Gall,P.Kreiner,D.Turner,M.Hulse,J.Microelectromech.Syst.2004,13,472.[8]X.C.Xiao,T.Xie,Y.T.Cheng,J.Mater.Chem.2010,20,3508.[9]S. Neuss, I. Blomenkamp, R. Stainforth, D. Boltersdorf, M
20、. Jansen, N. Butz,A. Perez-Bouza, R.Knuchel,Biomaterials2009,30,1697.[10]T.Xie,X.C.Xiao,R.Wang,J.Li,Adv.Mater.2010,22,4390.[11]I.Bellin,S.Kelch,R.Langer,A.Lendlein,Proc.Natl.Acad.Sci.USA2006,103,18043[12]M.Behl,I.Bellin,S.Kelch,W.Wagermaier,A.Lendlein,Adv.FunctMater.2009,19,102.[13]T.Xie,X.Xiao,Y.T.
21、Cheng,Macromol.RapidCommun.2009,30,1823.[14]X.Luo,P.T.Mather,Adv.Funct.Mater.2010,20,2649.[15]T.Xie,Nature2010,464,267.[16]H.Koerner,G.Price,N.Pearce,M.Alexander,R.Vaia,Nat.Mater.2004,3,115.[17]R. Mohr, K. Kratz, T. Weigel, M. Lucka-Gabor, M. Moneke,A. Lendlein,Proc.Natl.Acad.Sci.USA2006,103,3540. [
22、18]C. M.Yakacki, N. S. Satarkar, K. Gall, R. Likos, J. Z. Hilt, J.Appl. Polym. Sci. 2009, 112,3166.[19]W.Huang,B.Yang,L.An,C.Li,Y.Chan,Appl.Phys.Lett.2005,86,114105.[20]I.S.Gunes,G.A.Jimenez,S.C.Jana,Carbon2009,47,981.[21]X.F.Luo,P.T.Mather,SoftMatter2010,6,2146.[22]M.Behl,M.Y.Razzaq,A.Lendlein,Adv.Mater.2010,22,3388.[23]U. N. Kumar, K. Kratz, W. Wagermaier, M. Behl, A. Lendlein J. Mater.Chem.2010,20,3404.[24]T.Xie,I.A.Rousseau,Polymer2009,50,1852.[25]I.A.Rousseau,T.Xie,J.Mater.Chem.2010,20,3431. [26]K.H.Roh,D.C.Martin,J.Lahann,J.Am.Chem.Soc.2006,128,6796.
南京工業(yè)大學畢業(yè)論文文獻翻譯.pdf
