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基于PNIPAM的多响应致动器的最新进展:小型综述

期刊:chemical engineering journalDOI:10.1016/j.cej.2021.133496

本文档属于类型b,即一篇科学综述论文。以下是基于文档内容的学术报告:

主要作者及机构

本文的主要作者为Jia Liu, Lei Jiang, Sirui He, Jie Zhang和Wei Shao,他们均来自南京林业大学化学工程学院及江苏省森林资源高效加工与利用协同创新中心。文章于2021年11月10日在线发表在《Chemical Engineering Journal》期刊上,卷号为433,文章编号为133496。

论文主题

本文的题目为“Recent Progress in PNIPAM-Based Multi-Responsive Actuators: A Mini-Review”,主要综述了基于聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)的多响应水凝胶驱动器的研究进展。PNIPAM是一种典型的热响应聚合物,能够与其他环境响应材料结合,设计并制造出对多种环境刺激响应的驱动器。本文全面介绍了PNIPAM基水凝胶驱动器的构建方法,并基于环境响应的类型,讨论了基于PNIPAM的环境刺激响应水凝胶驱动器的设计和应用。

主要观点及论据

1. PNIPAM基水凝胶驱动器的构建方法

本文详细介绍了三种主要的构建方法:一步法、两步法和三步法。

  • 一步法:也称为“一锅法”,通过一步聚合单体直接获得水凝胶。该方法操作简单、节省时间,适用于制备双层、梯度和部分异质结构的水凝胶。例如,通过一步法制备的PNIPAM/PVBIPS双层水凝胶具有盐和温度响应行为。此外,氧化石墨烯(GO)在一步法中的应用也较为广泛,能够赋予水凝胶近红外(NIR)响应性能。

  • 两步法:也称为“层层法”,是最常用的制备双层水凝胶的方法。该方法通过将第二层的预凝胶溶液直接放在第一层上进行聚合,形成半互穿网络结构,增强界面结合力。例如,通过两步法制备的PNIPAM/AAm双层水凝胶具有温度响应行为。

  • 三步法:通过分别构建两层水凝胶,然后通过范德华力、氢键和主客体相互作用将它们牢固结合。例如,通过三步法制备的PAA/PNIPAM双层水凝胶具有pH和温度响应行为。

2. PNIPAM基水凝胶驱动器的环境响应类型

本文基于环境响应的类型,详细讨论了PNIPAM基水凝胶驱动器的设计和应用。

  • 温度和pH/离子响应:PNIPAM是一种典型的热响应聚合物,当温度高于其最低临界溶解温度(LCST)时,水凝胶收缩;当温度低于LCST时,水凝胶膨胀。此外,pH响应水凝胶的膨胀和收缩行为可以根据环境pH的变化进行调整。例如,通过将PNIPAM与pH响应材料结合,可以设计出对温度和pH双重响应的水凝胶驱动器。

  • 光响应:光响应水凝胶能够对紫外光(UV)、可见光(Vis)和近红外光(NIR)产生形状变化。例如,通过引入光热转换材料,可以将光能转化为热能,从而影响热响应水凝胶的温度,导致其变形。

  • 磁响应:通过将磁性纳米粒子引入聚合物网络,可以赋予聚合物磁场敏感性。例如,通过将Fe3O4纳米粒子引入PNIPAM水凝胶,可以设计出对磁场和温度双重响应的水凝胶驱动器。

3. PNIPAM基水凝胶驱动器的应用

本文还讨论了PNIPAM基水凝胶驱动器在软机器人、组织工程、仿生学等领域的应用。例如,PNIPAM基水凝胶驱动器可以用于电路开关、药物输送、软机器人、智能纺织品、传感器、微流体和生物医学工程等领域。

论文的意义与价值

本文综述了基于PNIPAM的多响应水凝胶驱动器的研究进展,全面介绍了其构建方法、环境响应类型和应用。本文的研究为开发具有优异机械性能、快速响应速度和多种刺激协同响应的PNIPAM基水凝胶驱动器提供了重要的理论依据和技术支持。此外,本文还指出了未来研究中需要解决的问题和期望,为该领域的进一步发展提供了方向。

亮点

本文的亮点在于全面综述了PNIPAM基水凝胶驱动器的构建方法和环境响应类型,并详细讨论了其在不同领域的应用。本文还提出了未来研究中需要解决的问题和期望,为该领域的进一步发展提供了重要的参考。

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