,*,第十一章智能膜,智能材料,又称敏感材料，由传感器或敏感元件等与传统材料结合而成智能材料就是指具有感知环境（包括内环境和外环境）刺激，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应的智能特征的材料智能材料可分为两大类：,1,）嵌入式智能材料，又称智能材料结构或智能材料系统,在基体材料中，嵌入具有传感、动作和处理功能的三种原始材料传感元件采集和检测外界环境给予的信息，控制处理器指挥和激励驱动元件，执行相应的动作2,）有些材料微观结构本身就具有智能功能，能够随着环境和时间的变化改变自己的性能，如自滤玻璃、受辐射时性能自衰减的,Inp,半导体等设计智能材料的两个指导思想是材料的多功能复合和材料的仿生设计,具有以下特征,传感功能（,Sensor,）,反馈功能（,Feedback,）,信息识别与积累功能,响应功能,自诊断能力（,Self-diagnosis,）,自修复能力（,Self-recovery,）,自调节能力（,Self-adjusting,）,第一节 智能膜的分类,智能膜材料以膜的形式对环境进行感知、响应，且具有功能发现能力的材料,按膜材料来源,天然材料膜和合成材料膜,按膜的用途,分离膜、交换膜、传感器膜、催化剂膜,按对环境响应性,热敏感膜、,pH,敏感膜、电敏感膜和光敏感膜,按膜的形式,荷电型超滤膜、接枝型智能膜、互穿网络膜、聚电解质配合物膜、导电聚合物膜、液晶膜和凝胶膜等,按结构分类,复合型智能膜和整体型智能膜,第二节智能膜的合成方法,一、物理方法,1.,复凝聚法,利用两种聚合物在不同,pH,时，电荷的变化（生成相反的电荷）引起相分离,-,凝聚，称作复凝聚法,阿拉伯胶（带负电荷）和明胶（,pH,在等电点以上带负电荷，在等电点以下带正电荷）作囊材，组分包埋在微囊内,2.,埋入法,将某种智能材料埋入到另一材料中,3.,共混法,两种不同的聚合物进行共混得到智能高分子膜,二、化学方法,1.,溶液聚合法,接枝共聚：将敏感单体接枝到高分子膜上形成智能膜,嵌段共聚，将敏感单体与其它单体共聚,2.,辐射聚合法,把,X-,射线、紫外线或,射线等作为引发能量聚合成膜,3.,溶胶,-,凝胶法,薄膜材料先聚合制成溶胶，粘度增大后涂抹在基板上成膜,第三节智能膜的结构与性能,一、分离膜结构与性能,智能分离膜：当渗透介质的性质或周围环境发生变化时，智能膜材料可以感知这种变化并相应调节其选择渗透性能。
开关型智能膜）,引起膜响应信号,物理信号，如温度、光、电、磁、力,化学信号，如,pH,值、化学物质,温度敏感膜,膜所处环境温度变化引起膜的形状、渗透速率等发生敏锐响应,应用最广泛的感温性高分子材料是聚,N-,异丙基丙烯酰胺（,PNIPAm,）,PNIPAm,的低临界溶解温度,(LCST),在,31,33,附近，环境温度,TLCST,时，形成氢键，亲水性增强，分子链伸展，透过率减小；反之则大,通过接枝、共聚、交联等方法将,PNIPAm,制备各种温度敏感复合膜,2.pH,敏感膜,膜的体积和渗透速率随环境,pH,、离子强度变化的分离膜,膜材中含有大量易水解或质子化的酸碱基团（羧基、氨基），膜的形状、离子含量随,pH,变化，影响渗透能力,包括,PAA,、壳聚糖、聚乙烯基吡啶等,在多孔膜上接枝或互穿,pH,响应性聚电解质，可以实现,pH,值响应性分离、以及定点定位控制释放,3.,电场敏感膜,膜的特性受电场影响而变化的高分子分离膜,交联的聚电解质,高分子链上带可离子化基团的凝胶，阴、阳离子在电场中受到静电作用，低分子离子带动水合分子移动，使凝胶膜脱水收缩，孔径变大，通过性能增强（化学阀）,导电高分子,一般为直链状骨架碳,电子高分子，氧化可使其导电率增加，且产生收缩变形,电场敏感液晶膜,液晶分子在电场下，分子发生取向和其它显著变化,4.,光敏感膜,由于光辐射（光刺激）使膜材发生体积相转变从而改变膜的透过性能的高分子分离膜,紫外光照射时，光敏基团发生光异构化、光解离，因基团构象和偶极距变化而使膜材形状变化,光敏感分子通常为偶氮苯及其衍生物、三苯基甲烷衍生物、螺环吡喃及其衍生物和多肽等,二、传感膜结构与性能,传感器：将外界的某种物理量或化学量转换为电信号进行检测的仪器或装置,传感器类型,物理传感器：检测对象是光、声、力等,化学传感器：检测对象是物质浓度等,生物传感器：检测对象是生物反应生成或消耗某一特定物质或热量,传感器选择性取决于它的敏感元件，化学、生物传感器的敏感元件主要使用有机膜,1.,化学传感器,气体传感器、湿度传感器、离子传感器等等,2.,生物传感器,主要工作原理：将分子识别元件中的生物敏感物质与待测物发生化学反应后，所产生的化学或物理变化通过信号转换器转变为电信号进行测量,涉及酶促反应、免疫化学反应、离子在膜上的选择传输等过程,酶膜传感器、微生物膜传感器、免疫响应膜传感器、组织传感器,第四节智能膜的应用前景,一、物质分离,二、感应元件,应用于生产工艺控制、环境检测等方面，以光纤技术与智能高分子膜相结合的光学传感器,三、药物释放系统,利用智能膜实现对病灶周围温度、化学环境等异常变化的自动感知，并自动释放所需量的药物,四、固定化酶,酶固定在各种载体上，电极表面固定化酶、葡萄糖氧化固定酶、壳聚糖固定酶等,化学控制释放体系,溶剂渗透控制释放体系,智能化释放体系,给药剂型,第五节发展中的智能膜,一、,LB,膜,1.LB,膜的制备过程,2.LB,膜的制备方法,由小分子,LB,膜通过聚合反应制得聚合型,LB,膜,直接用聚合型两亲分子制备,LB,膜,3.LB,膜的应用,非线性光学器件,光电转换器件,分离装置,生物及化学传感器,二、分子自组装膜,1.,特点,分子自组装膜结构上与,LB,膜相似，制备工艺和稳定性方面比,LB,膜优越。
2.,分子自组装膜膜的应用,非线性光学器件,光电转换器件,分离装置,生物及化学传感器,三、纳米自组装复合膜,四、具有可调纳米孔道的高分子薄膜,本章习题,什么是智能分离膜？引起智能膜响应的信号有哪些？,最广泛使用的感温性高分子材料是什么？,什么是传感器？化学传感器一般检测哪种变量？,。