摘 要

形状记忆聚合物是一种新型功能高分子材料，而用聚合物的形状记忆机理来实现薄膜的自我折叠则是目前一种非常新颖和有吸引力的领域。本课题的主要研究内容是以具有形状记忆效应的交联乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)为基体，以光热转换材料羟基化多臂碳纳米管(CNT)为功能填料，采用包埋法制备光响应的形状记忆聚合物复合材料，并研究光照作用下薄膜的自折叠行为。

本课题使用真空干燥箱制作PDMS的模具与模板，使用磁力搅拌器对EVA和CNT进行机械混合，再使用数显加热台对薄膜材料进行交联，并对材料进行形状赋予。接着使用加热加压的方式改变聚合物的形状，最后使用光学电子显微镜研究红外射线下的EVA微粒的自我恢复情况。

最终结果显示，CNT填料可以作为EVA聚合物薄膜的光响应执行器，在红外光的照射下可以缓慢恢复其初始形状。

关键词：形状记忆效应 光热转换 复合材料 自折叠

Preparation and properties of the Light-Triggered actuator of Polymer in Micron scale

Abstract

Shape-memory polymers（SMPs）are a new type of functional polymer materials, and using shape-memory polymers mechanism to achieve self-folding of the film is a very novel and attractive area. The main contents of this paper is using crosslinked ethylene - vinyl acetate copolymer (EVA) that having a shape memory effect as a matrix, photothermal conversion material hydroxylated Dobby carbon nanotubes (CNT) as a functional filler to make the light -triggered actuator Shape-Memory Polymer Composites by embedding and researching the behavior of the film under light irradiation.

This paper using a vacuum oven to make PDMS templates and molds, using a magnetic stirrer for EVA and CNT mechanical mixing, and then using digital station for heating the film to material crosslinking, and shaping materials. Then using heat and pressure to change the shape of the polymer, and finally researching the EVA particles under infrared rays canning electron microscopy

Final results showed that, CNT filler may be used as the optical response actuator of the EVA polymer film. By irradiation of infrared light it can return to its original shape slowly.

Keywords: shape memory effect ; photothermal conversion from ; Polymer Composites;

self-fold

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.1.1 聚合物自折叠薄膜研究背景 1

1.1.2 聚合物自折叠薄膜的应用 1

1.1.3 聚合物自折叠薄膜的设计方法 2

1.2 聚合物自折叠薄膜的响应方式 3

1.2.1 PH 3

1.2.2 温度 3

1.2.3 溶剂 3

1.2.4 其他系统 4

1.3形状记忆聚合物机理及交联 4

1.3.1形状记忆机理 4

1.4 微米尺度光响应执行器材料组成 6

1.4.1 乙烯—醋酸乙烯共聚物(EVA) 6

1.4.2 羟基化多臂碳纳米管（CNT） 6

1.5 本课题的主要研究内容 6

第二章 实验部分 8

2.1 实验主要原料 8

2.2 实验仪器与设备 8

2.3 PDMS模具与模板的制备 9

2.3.1 模具与模板的选择 9

2.3.2 PDMS模具的制作 9

2.3.3 PDMS模板的制作 10

2.4 微米级别EVA膜的制备 10

2.4.1 惰性膜的制备 10

2.4.2 活性膜的制备 11

2.5对薄膜进行形状赋予 11

2.5.1 包埋法 11

2.5.2 实验步骤 12

2.6 研究光照作用下EVA微粒的自回复行为 13

第三章 实验结果与讨论 14

3.1 PDMS模具与模板的制作与复制 14

3.1.1 PDMS模板的复制 14

3.1.2 二甲苯掺量对PDMS模具与模板的影响 15

3.2 BPO掺量对聚合物形状回复的影响 16

3.3 CNT掺量对聚合物薄膜的影响 17

3.4 薄膜自恢复行为的研究 18

第四章 结论 20

4.1 结论 20

参考文献 21

致谢 23

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.1.1 聚合物自折叠薄膜研究背景

用薄膜折叠来制造三维物体是一种新颖和非常有吸引力的研究领域。复杂三维结构工程对新型光学性能，组织工程支架，微型和纳米电子设备的发展是一个非常具有挑战性的任务。三维材料可以使用多种方法来制造，包括双光子光刻，干涉光刻，和成型^[1]。使用可控的薄膜微折叠/弯曲-微折纸来制造三维微物体是一种新颖和非常有吸引力的研究领域^{[1] [2]}。由于其刚性，有限的生物相容性和非生物降解性，无机自折叠材料在生物医学用途的应用是有限的。聚合物更适合于这些目的。首先，有许多聚合物在pH和温度的生理范围改变他们的性质以及对生物过程敏感^[3]改变它们的性质，第二，聚合物经受体积相当大的可逆变化，使各种积极移动微结构^{[4] [5]}的设计。第三，还有各种生物相容的和可生物降解的聚合物^[6]。在聚合物膜，其能够折叠和形成三维微结构的发展的最新进展中，其主要焦点是总结基于聚合物的系统和将它们分类，相对于制造的方式，适合不同的三维物体的设计和适用性生物技术。因此，就目前开说，用薄膜的折叠来制造三维物体是一种新颖的和非常有吸引力的研究领域。

1.1.2 聚合物自折叠薄膜的应用

聚合物自折叠薄膜的主要应用领域就是药物，颗粒和细胞的受控封装与释放。PDMS-金管在60-70摄氏度的可逆吸附 - 解吸荧光标记的聚乙烯乙二醇是模板药物^[6]。加热到60℃^[7]以上时，在自折叠SU8-PCL膜里面的酵母细胞会发生不可逆封装。聚（N-异丙基丙烯酰胺）- 基于自我折叠膜也被证明是适合颗粒和酵母细胞^[8]的可逆封装。细胞在低于30摄氏度是被冷却封装，并且可以在高于30度时展开。这种封装和释放是完全可逆的，并且可以反复多次。

自折叠薄膜也可以用作智能膏药。聚（甲基丙烯酸甲酯）-聚（2-羟乙基甲基丙烯酸酯）双层膜与附加的粘膜粘附药物双层膜的案例中应用了这一概念。非溶胀PHEMA层用作扩散阻挡，最大限度地减少任何药物在体内中的渗漏。通过粘膜上皮细胞，由此产生的单项提供提高了药物运输的效率。

1.1.3 聚合物自折叠薄膜的设计方法

事实上，使用均质材料设计自我折叠物体在技术上是非常复杂的，因为必须形成并保持一个非常复杂的空间力梯度一段相当长的时间。例如，可以通过利用薄膜上沉积的水滴的表面张力来实现。液滴沉积后膜立即折叠，当水被完全蒸发，所形成的三维物体在液滴的干燥过程中改变其形状并展开。然而，在生理缓冲环境中表面张力的作用却是较弱的。使用不均匀的膜制作自折叠对象更简单。不均匀膜折叠由于在构成材料中的预编程的方式，是由该膜结构/图案定义的性质的差异决定的。

相关图片展示：