带离子溶液驱动的形状记忆聚合物本构方程研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:haideliliang
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形状记忆聚合物是一种重要的智能材料,其不仅可以以优良的力学性能完成形状恢复行为,而且与形状记忆合金相比具有良好的生物相容性欲可降解性,因而在生物医疗领域有重要的应用前景。特别是在生物体内药物释放领域,形状记忆聚合物的作用是不可替代的。此时,由于形状记忆聚合物的工作环境为生物体内部,必须采用溶液激励完成形状恢复这一方式,且由于实际的工作环境中含有少量离子,因而,以更准确地控制形状记忆聚合物在药物释放过程中的形状恢复行为为目标,须针对带离子的溶液驱动的形状记忆聚合物形状恢复机理及本构方程进行进一步探索。  本文由含离子溶液出发,考虑形状记忆聚合物吸收溶液和少量离子的过程中自由能的变化影响因素,得出聚合物的化学势能,进而考虑形状记忆聚合物由于其自身属性对正、负离子吸附的倾向性,将离子对聚合物化学势能的影响作用进行分析和数值模拟;为了直观探究离子倾向性及种类对形状恢复效应的影响作用,引入松弛理论,得出在离子作用下的形状恢复时间与应变的函数关系;另外,以浸润于离子溶液中的聚合物为研究对象,针对聚合物网络吸收离子或溶剂分子时离子与聚合物网络之间作用和离子与溶剂作用,建立自由能方程,探讨溶液中离子对离子溶液驱动的形状记忆聚合物系统自由能的作用;最后,针对聚氨酯类形状记忆聚合物在吸收水分子进行形状恢复行为时的氢键作用,考虑离子对氢键的建立和断裂的影响,建立氢键建立和断合过程的力学模型,描述氢键建立和复合过程中的能量变化,并得到应变能量方程。所得出的本构方程解释了离子溶液驱动的形状记忆聚合物形状恢复行为的本质机理,为本构方程研究提供一定参考价值,且为形状记忆聚合物能准确应用于生物医疗范围药物释放领域建立了理论基础。
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