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1、 “国家级大学生创新创业训练计划”项目申报书学 院：材料科学与工程学院项目名称：红外驱动水凝胶的制备与其性能研究项目类型： 创新训练项目 创业训练项目 创业实践项目负 责 人：宋波指导童真华南理工大学教务处二一一年十月 / 填写须知一、项目分类说明：1.创新训练项目是本科生个人或团队，在导师指导下，自主完成创新性实验方法的设计、设备和材料的准备、实验的实施、数据处理与分析、总结报告撰写等工作。2.创业训练项目是本科生团队，在导师指导下，团队中每个学生在项目实施过程中扮演一个或多个具体的角色，通过编制商业计划书、开展可行性研究、模拟企业运行、进行一定程度的验证试验，撰写创业报告等工作。3.创业实
2、践项目是学生团队，在学校导师和企业导师共同指导下，采用前期创新训练项目（或创新性实验）的成果，提出一项具有市场前景的创新性产品或者服务，以此为基础开展创业实践活动。申报该类项目需额外提交企业导师合作指导协议书作为附件。二、申报书请按顺序逐项填写，填写容必须实事，表达明确严谨。空缺项要填“无”。三、申请参加大学生创新创业训练计划项目团队的人数含负责人在不得超过5人。四、填写时可以改变字体大小等，但要确保表格的样式没有被改变；填写完后用A4纸双面打印，不得随意涂改。七、申报过程有不明事宜，请与学校教务处实践教学管理办公室联系和咨询。项目名称红外驱动水凝胶的制备与其性能研究项目起止时间 2013年
3、5 月 至 2014 年 5 月负责人年级所在学院、专业联系宋波2011材料学院 材料类创新班610742206 .项目组成员朱娜2011材料学院 材料类创新班2629191093 .南颖2011材料学院 材料类创新班415609826 .健韬2012材料学院 材料类创新班1037221139 .甘霖2012材料学院 材料类创新班646450186 .指导教师童真职务/职称教授 博导所在学院材料科学与工程学院联系6-601mcztongscut.edu一、项目简介（300字左右）石墨烯是由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格的只有一个碳原子厚度的二维纳米材料，具有许多独特的优良性能和应
4、用前景。氧化石墨烯（GO）表面含有大量功能性基团，赋予GO一些新的特性，如分散性、亲水性、与聚合物的兼容性等，是一种能与其它物质复合的好材料。聚异丙基丙烯酰胺（PNIPAm）-Laponite 纳米复合水凝胶是将锂藻土(Laponite)纳米粒子分散在水中，加入异丙基丙烯酰胺和引发剂，不添加化学交联剂，原位自由基聚合而得。其透明度高，可以拉伸至1 300 %以上，具有优异的力学性能和温敏性能，成为当前智能材料研究的热点。本项目拟在保留PNIPAm-Laponite纳米复合水凝胶高力学性能和良好温敏性能的前提下引入GO，制备具有红外驱动性能的复合水凝胶，并利用表征测试技术，对红外驱动水凝胶的结构
5、进行表征，研究不同GO含量的复合水凝胶的红外驱动性能，建立温度，压强，pH，红外光强度等诸因素与红外驱动水凝胶驱动行为之间的关系，了解其结构与性能的在关系，进一步探索其在不同领域的应用。二、申请理由（包括自身/团队具备的知识条件、特长、兴趣等）本项目依托华南理工大学“985工程”国家级科技创新平台、“材料科学与工程”一级学科国家重点学科、高分子材料科学与工程系、材料科学研究所。实验室现已拥有实现申请人上述工作设想的系统的聚合物材料制备与加工、光学光谱和表征等的实验设备。本团队是由宋波，朱娜，南颖，甘霖，健韬五人组成。我们有着共同的观点，作为工科的本科生，在大学阶段我们不仅要全面综合发展，还有尽
6、可能的去提高自己在科研方面的能力，从现在开始培养严谨的科研态度和不断创新的科研精神。本团队的每一个成员都有自己的特色：宋波同学学习成绩优秀，对物理和化学有着极大的热情，尤其对水凝胶制备，结构与其性质方面的研究有极大的兴趣，善于从不同的角度看问题，工作能力强，勇于承当责任；朱娜同学学习认真，遇事喜欢追根究底探讨原因，对高分子方向研究有着浓厚的兴趣，工作认真负责，思考问题全面认真，善于在讨论中和交流中吸取知识，能够协助队友做好各方面的团队工作；南颖知识面较广，有求索精神。高中自学生物竞赛，拿到省2等奖；大一第一学期实验室安全知识竞赛拿到省一等奖；甘霖同学学习态度端正，有一定实验基础和动手能力，对新
7、事物具有强烈的好奇心。善于观察，思维活跃，善于归纳总结、发现问题。对待工作认真负责，有耐心，做事科学严谨，有责任心；健韬同学做事认真，有毅力钻研学问。勇于直面挫折失败，在面对失败时能调整好心态，绝不轻言放弃，有斗志、有毅力去把学习、研究做好。同时他也具有团队合作精神，能够在完成自己任务的同时协助队友，成为团队的润滑剂。另外，本项目的指导老师童真教授在高分子结构与性能研究方面的突出成绩和严谨的治学态度和科研精神，对本科研项目提供了强有力的支持。虽然我们还是本科生，还没有深入接触专业方面的知识，但我们对探索高分子结构与性能的关系有着浓厚的兴趣。而且我们有着一颗敢于创新，勤于治学的心，希望在老师的指
8、导下，在学校学院的支持下，通过动手实践，学以致用，探索科学的奥秘。三、项目方案1.研究容：本项目拟用先制备氧化石墨烯与其结构的表征再制备氧化石墨烯浓度具有梯度差的PNIPAm-Laponite纳米复合水凝胶的研究思路，先制备出氧化石墨烯，进而利用原子力显微镜，拉曼光谱仪，XPS等现代测试技术手段对GO的微观结构进行表征。然后再制备出含不同浓度氧化石墨烯的PNIPAm-Laponite纳米复合水凝胶，利用表征测试技术，对这种红外驱动水凝胶的结构进行表征测试，并研究在不同配比浓度，不同温度，压强，pH等的情况下不同强度红外光对红外驱动水凝胶驱动性能的影响，得到一系列数据，并绘制不同条件下驱动特性的
9、曲线图，了解其结构与性能的在联系，从而全面了解这一种红外驱动水凝胶，并试着探索出这种红外驱动水凝胶在不同领域的应用。主要的研究容：（1）合成氧化石墨烯 由于石墨层间流动的电子和较小的结合力以与较大的层间空隙，使石墨本身具有很大的活泼性，很容易被强氧化剂氧化成石墨酸或石墨氧化物。氧化后会引入其他非碳粒子进入层与层之间，层间的距离因此拉大，削弱了层间作用力，使其剥落为单层的氧化石墨烯。本项目将使用改良的Hummer法制备GO。（2）氧化石墨烯的表征利用现代分析测试手段，如X射线衍射（XRD），原子力显微镜（AFM），扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）等对制备得到的纳米氧化石墨烯的结构进行表征和
10、分析，获得其单片层结构、活性含氧基团的种类、含量等信息。（3）制备PNIPAm-Laponite纳米复合水凝胶并测试性能 将锂藻土(Laponite)纳米粒子分散在水中，加入丙烯酰胺类单体和过氧化物引发剂，不添加化学交联剂，原位自由基聚合可得到PNIPAm-Laponite纳米复合水凝胶。利用热重分析（TGA）、流变仪分析等方法对PNIPAm-Laponite纳米复合水凝胶的力学、流变学、热力学等性能进行测试。（4）制备红外驱动水凝胶对其结构进行表征并对其驱动性能进行检测。将氧化石墨烯和PNIPAm-Laponite纳米复合水凝胶进行复合得到红外驱动水凝胶。利用表征测试技术，对红外驱动水凝胶的
11、结构进行表征测试。探究在不同配比浓度，不同温度，压强，pH等的情况下不同强度红外光对红外驱动水凝胶驱动性能的影响，得到一系列数据，并绘制不同条件下驱动特性的曲线图。 （5）总结将获得的一系列曲线图结合氧化石墨烯和PNIPAm-Laponite纳米复合水凝胶的独特性质与红外驱动水凝胶的独特结构进行深入分析，探索在联系。试着探究这种红外驱动水凝胶在不同领域的应用。将研究所得的成果整理并撰写成论文发表。2.研究目标本项目立足于对红外驱动水凝胶的驱动行为的研究。首先要制得这种红外驱动水凝胶，并确定在不同配比浓度、温度、pH等外界条件下，红外光强对红外驱动水凝胶驱动特性的影响。通过一系列手段构建出红外驱
12、动水凝胶的结构与性能之间的关系。本项目作为基础性研究，在完成后，可得到红外驱动水凝胶在不同条件下驱动特性的曲线图，建立起我们对于红外驱动水凝胶的全面认识，为日后对该红外驱动水凝胶的相关深入研究提供参考。3.拟解决的关键问题（1）红外驱动水凝胶的制备 本项目一个主要突破点是将氧化石墨烯同PNIPAm-Laponite纳米复合水凝胶进行复合，制得红外驱动水凝胶。因此需要对氧化石墨烯和PNIPAm-Laponite纳米复合水凝胶的结构和性质有一个基本的了解。（2）探寻红外驱动水凝胶结构与其驱动特性之间的关系利用表征测试技术，对红外驱动水凝胶的结构进行表征测试。通过各种手段获取一系列驱动特性数据，以大
13、量数据为依据绘制驱动特性曲线图，通过分析曲线图得出红外驱动水凝胶的特性，了解其结构与性能的在关系，试着探究其在不同领域的应用。4学术思路本项目从红外驱动水凝胶的驱动特性探究这一基本问题出发，通过合成制备红外驱动水凝胶，利用表征测试方法，得到关于红外驱动水凝胶的微观结构，以与力学、流变学、热力学等性能的相关信息。通过在不同条件下测试其驱动特性得到大量数据，绘制一系列曲线图，再通过实验与理论分析相结合的方法，尝试探究红外驱动水凝胶结构与性能之间的在联系。为其能够更快，更好地应用于实际生产生活中做铺垫性工作。5可行性分析 实验上，本项目组所依托的实验室是材料科学研究所，现拥有Rheometrics的
14、-2流变黏弹谱仪、日本精工的隧道扫描显微镜、Hitachi的F-4500荧光光谱仪、UV-0310紫外-可见光吸收光度计、Zeiss带热台偏光显微镜、ALV激光光散射仪、Alpha1-4冷冻干燥机、高速离心机等大型设备与必需的小型设备、分光仪器。因此，完全能够满足本项目在实验技术上的需求。 理论上，本项目的指导老师童真教授与其所在的科研团队在水凝胶这一研究领域有多年的研究经验，并且取得了重大进展，发表过数篇关于水凝胶的基础研究与其功能化的高影响因子论文。这为本项目组对红外驱动水凝胶的研究提供了重要的理论支持。四、项目特色与创新石墨烯是近年来备受关注的新型材料，它独特的二维层状纳米结构，优良的的
15、导电性，使其在许多领域具有潜在应用价值。其氧化所得的氧化石墨烯（GO）表面含有了大量的功能性基团，正是由于这些基团的接入，赋予了石墨烯一些新的特性，如分散性、亲水性、与聚合物的兼容性等，是一种与其它物质复合的好材料。PNIPAm-Laponite纳米复合水凝胶透明度高，可以拉伸至1 300 %以上，具有优异的力学性能，成为当前智能材料研究的热点之一。将这两种性能优异的材料进行复合得到一种光敏性的红外驱动水凝胶是本项目的一大创新。这种红外驱动水凝胶，有着遇红外光照射即发生弯曲变形等形变的独特性质。而关于这种水凝胶的研究并未曾被深入报道过。因此，本项目组将针对红外驱动水凝胶的驱动行为作深入的研究，为开发出一种新型智能水凝胶材料做前期的理论准备。五、项目进度安排（1）2013年5月到2013年7月 认真研读相关文献，了解国外相关研究的进展；（2）2013年7月到2013年11月 组织进行氧化石墨烯和PNIPAm-Laponite纳米复合水凝胶与红外驱动水凝胶的制备与与之相关的实验；（3）2
