银纳米水凝胶文献综述(共9页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上北京化工大学北方学院NORTH COLLEGE OF BEIJING UNIVERSITY OF CHEMICAL TECHNOLOGY（ 2014 ）届本科生毕业设计（论文）文献综述题目： 银纳米水凝胶的制备及表征 学院： 化工与材料工程学院 专业： 应用化学 学号： 姓名： 李晴 指导老师： 冯献起 顾明广 教研室主任（负责人）： 顾明广 2014 年 5 月17 日专心-专注-专业 文献综述前 言本人毕业设计的论题为银纳米水凝胶的制备及表征。水凝胶的开发与研究也是探索智能材料的一个重要方向，银纳米水凝胶特殊性能也成了众多学者重点研究对象；大量的文献对银纳米粒子及其水凝胶的制备方法做出了介绍，并深入的研究了纳米银粒子的引入对水凝胶性能的影响；本文将在学习其研究成果的基础上，对银纳米水凝胶的制备及表征等方向做进一步的研究探索。本文根据国内外学者对银纳米水凝胶的研究成果，借鉴他们的成功经验，在银纳米水凝胶研究中作出新的探索实验，这些文献给本文很大的参考价值。本文主要查阅近几年有关银纳米及水凝胶方向研究的期刊文献。灵敏材料，是能够感觉到环境或者它们自身状态变化，根据已有的目标作出判断，然后改变其功能的材料。作为灵敏材料最重要的一个分支，形状记忆材料包括形状记忆合金，形状记忆陶瓷和形状记忆聚合物。1941年，Vernon首次提出形状记忆的概念，然而，直到1960s，将交叉链式聚乙烯用于制作高温收缩管和胶片时，人们才认识到形状记忆的重要性。1980s后期开始，主要致力于对形状记忆聚合物开发，1990s得到加速发展，仅在过去5-10年当中，就取得有重大意义的进展1。众所周知，金属纳米材料在力学、光学、催化以及热学和电学等多方面，相对于传统材料而言，有着特殊性能，成为最具研究价值的功能材料。水凝胶是一种能够溶胀于水中，而不会溶解的大分子聚合物，有较好的生物相容性和机械性能，在生物医学、形状记忆等众多领域有着广泛的应用。传统的银离子有着很强的杀菌性能，而纳米银杀菌能力远大于银离子。纳米银可作为复合材料的填充物，如将纳米银添加到氧化硅薄膜，度有此膜的玻璃便会具有光致发光性；添加纳米银的水凝胶，增加水凝胶的抗菌性等。所以，研究银纳米水凝胶的特殊性能，也成了功能材料研究与开发的重要课题。近些年来，国内外众多学者在此做出了重大贡献。1、 国内研究综述1.1银纳米粒子研究概况李世林等2采用化学还原的方法，以硼氢化钠为还原剂还原硝酸银制备银纳米溶胶，讨论了影响纳米米粒子稳定性因素：电位绝对值随时间的延长而降低，温度和搅拌速度的影响则相反；粒径大小只与搅拌速度有关，搅拌速度越快粒径越小；而升高温度、加快搅拌速度都会提高其稳定性。朱纯阳等3通过胶体溶液制备法，用硼氢化钠还原硝酸银，无尘滤纸吸附制得银纳米粒子，并通过加入不同浓度的荧光素钠，进行了荧光测定，证明了银纳米胶体溶液对荧光具有增强效应。1.2银纳米水凝胶研究概况杨立群等4采用硼氢化钠还原法还原硝酸银，制备纳米银粉，将银纳米分散到卡波母液中制备含纳米银的水凝胶，并对其进行了大肠杆菌和葡萄球菌的抑菌测试，发现凝胶具有抗菌效果。潘育松等5采用冷冻-解冻循环处理的方法，制备PVA水凝胶，并研究了不同条件下水凝胶的力学性能和溶胀性能，发现凝胶的拉伸强度随其浓度、冷冻-解冻循环次数的增加表现出不断加强的趋势；溶胀性能与溶胀介质表现为协同效应。范士军等6以N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）为交联剂，过硫酸铵为引发剂，使得丙烯酰胺首先形成丙烯酰胺预聚体，结合水合肼还原硝酸银得到的银溶胶，分散到PVA溶液中，采用物理交联法，经冷冻-解冻循环处理，得到不溶于水的稳定地Ag/PAM-PVA水凝胶。以大肠杆菌为模型，对Ag/PAM-PVA水凝胶的抗菌性能进行检测，证明该了凝胶具有抗菌性。范士军等7在Ag/PAM-PVA水凝胶研究基础上，继续探索，同样采用物理交联法制得Ag/PVA-PVA水凝胶，测试并分析了以大肠杆菌为代表的抗菌原理，研究发现银纳米凝胶有明显的抗菌性主要是纳米银的作用。冯军强等8采用单宁酸和碳酸钠还原制备银溶胶，分散到PVA为溶胶中，装模静置后得到Ag/PVA凝胶复合膜，并进一步讨论了不同Ag含量时，复合膜的电学性能特征，发现材料的电阻率和击穿强度随银含量的增加表现出先增大而后减小的趋势，银纳米的引入，改善了PVA的电学特性。2.国外研究综述2.1 PVA水凝胶研究概况Haijun Yu 等9通过柠檬酸三钠还原硝酸银制得稳定的银溶胶，PVA-PVP溶液滴加到制备好的银溶胶中，采用冷冻-解冻循环处理，得到Ag/PVA-PVP水凝胶，并对凝胶进行了进一步的表征。以大肠杆菌和葡萄球菌为模型，分析验证了Ag/PVA-PVP水凝胶的抗菌性能。Jian-He Yang等10研究了以PVA为基质的rGO/PVA复合材料，采用溶剂浇铸法制备rGO/PVA膜，并表征了不同GO浓度条件下复合材料的性能。Z. H. Mbhele等11研究了银纳米粒子对于聚乙烯醇凝胶性能的影响，通过硼氢化钠还原硫酸银制备银溶胶，并将其混合到聚乙烯醇溶液中得到平均粒径为5nm 的PVA-Ag水凝胶，并研究讨论了PVA-Ag复合凝胶的机械性能和弹性特征，发现PVA基质中引入银纳米粒子，会使PVA热学和机械性能发生显著变化；纳米复合膜表现出变形性能。Suman Mahendia等12通过化学还原法制备银纳米粒子，搅拌状态下将硝酸银溶液滴加到冷的硼氢化钠溶液中，而后滴加一定浓度的PVP（分散剂），将银溶胶与PVA溶液混合得到PVA-Ag纳米复合材料，此方法得到的纳米银平均粒径约为11±3nm。作者进一步探究了不同银含量复合材料的介电性能，证实纳米银粒子的填充，不仅能够增强PVA的传导性，而且，由于电荷转移复合物的形成，表现出PVA基质的电子极化和固有介电异向性。Jian-Tao Zhang等13通过N-异丙基丙烯酰胺(NIPA)、在PVA溶液交联的N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)自由基聚合，制备PVA/PNIPA semi-IPN（半互穿聚合网络）水凝胶。研究发现，反应速度非常快，而填充物对于聚合速率没有影响。收缩动力学表明，与传统的PNIPA水凝胶相比，semi-IPN水凝胶响应速度更快，而且PVA含量越高响应速度越快；研究成纤维细胞发现，所有的IPN水凝胶均没有毒性，为此类材料可以应用于生物医学领域提供实验依据。Gheorghe Fundueanu等14通过PVA和戊二醛悬浮交联的方法制备热敏型、PH敏感型PVA微球体，研究发现，这种PVA微球体随体积密度的增加，表现出更为紧密的内部结构，而且，高度的保水性表明嵌入N-异丙基丙烯酰胺和羟甲基丙烯酸共聚物(poly(NIPAAm-co-HMAAm)的数量增加能够增加微球体的亲水性；实验证明，PH敏感群（-COOH）的引入，并不会改变水凝胶的想转变温度；通过静电作用载入药物后热敏性能不会消失，药物释放通过基质的溶胀和消溶完成，并不会破坏药物与-COOH群间的离子键。Xingjie Zan等15通过氧等离子体处理、紫外引发接枝聚合及化学接枝等方法进行多步反应，以PVA水凝胶薄层基质作为还原反应器，制备可靠的、生物降解性的PLLA-PVA银纳米水凝胶，为制备具有协调性能的多功能膜材料提供了一种通用的途径；实验发现，物理交联的PVA嵌入纳米银粒子在PLLA（聚乳酸）表面能够进行有效的修饰，银纳米粒子嵌入使得PLLA-PVA水凝胶具有良好的抗菌性，并能有效的抑制细胞粘附。2.2 其他水凝胶研究概况Y. Murali Mohan等16提出了一种新的银纳米水凝胶的制备方法，以异丙基丙烯酰胺（NIPAM）和丙烯酸钠（SA）为载体，过硫酸铵为引发剂，N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA)和四甲基乙二胺(TEMED)发生自由基聚合，得到具有网状结构的水凝胶；此类凝胶充分溶胀后，交联的网络作为纳米粒子反应器。将溶胀后的凝胶浸于硝酸银溶液中，得到含银离子的水凝胶，再浸于硼氢化钠溶液，还原银离子银，最终得到粒径约为3nm的银纳米水凝胶。并进一步验证了此法制备的银纳米水凝胶的良好抗菌性能。Nadia Baït等17采用传统的自由基聚合方法制备水凝胶作为压敏型胶黏剂，通过共聚单体（丙烯酰胺和甲基丙烯酸羟乙酯）、交联剂（N,N-亚甲基双丙烯酰胺）和引发剂（过硫酸钾）水溶液分别进行核磁共振及流变性/粘性实验，在上述溶液中添加胶乳，制备憎水凝胶纳米复合材料；该水凝胶纳米复合材料在具有胶黏作用可吸附大量的赋型剂，而不会失去粘合特性或弹性。Bastien Léger,等18通过钌纳米粒子催化剂填充到超分子环糊精水凝胶基质中，阐述体温调节的催化过程，系统的重复使用性；超分子环糊精基水凝胶室温下稳定存在，高温下活化；水凝胶中稳定的钌纳米催化剂可以通过样品的相分离法重新获得并回收。You Feng Yue等19将衣康酸二辛酯、丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、在含有十二烷基硫酸钠、艳佳固（引发剂）的溶液中进行自由基聚合，制备PDGI/PAAm凝胶；将凝胶浸于丙烯酸（AAc）、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、艳佳固溶液中至达到平衡，聚丙烯酸与聚丙烯酰胺形成一种互穿网络，最终得到光子水凝胶（PDGI/PAAmPAAc)。研究发现这是一种机械能力强，能够实现对温度、PH及应力/应变响应的光子水凝胶，并且由于水凝胶中软质层聚丙烯酸和聚丙烯酰胺键的结合-断裂，使其表现出良好的热致变色性。Jui-Yang Lai等20研究多孔凝胶作为细胞层载体的传输系统，发现冷冻干燥法得到的凝胶在体内外兼容效果最好，在眼的前段组织没有挤压的前提下具有最好的溶胀特性，这种生降解型凝胶能够促进细胞层间的转换避免外来载体在体内长期存在。结 论通过以上文献综述，不难发现：随着科学技术的不断发展进步，智能材料的研究在世界范围内已引起众多科学工作者的密切关注。对于水凝胶的研究，除了传统的自由基聚合方法，国内学者常常分两步走-制备纳米粒子，将粒子分散到凝胶基质中；而国外学者则将凝胶基质作为纳米粒子的反应器，相对来说制备的纳米粒子粒径较小，并且不用考虑纳米粒子生成后发生团聚的现象。智能水凝胶作为新型功能高分子，能对外界环境刺激如温度、溶剂、PH、磁场、电场等能感知并做出响应，而且，纳米银粒子的引入使其具有抗菌性，水凝胶已经广泛应用于分子器件、调光材料等领域，特别是生物医学领域，做药物释放载体。形状记忆聚合物代表了一类典型的聚合物材料，具有多样的化学组成、机械性能、及力学响应。对形状记忆聚合物的研究已有半个世纪，在基础结构、机理和原理、可行性刺激、有效机能、相关的应用等领域，已经建立了相对较完整的研究框架，近10年关于形状记忆聚合物出版物数量明显增加，这也表明形状记忆聚合物已成为国内外科研工作者的重要研究课题，不管是学术研究还是实际应用都受到越来越多人的关注。参考文献1Jinlian Hu,Yong Zhu, et al.Recent advances in shape-memory polymers: Structure, mechanism,functionality,modeling and applicationsJ.Progress in Polymer Science ,2012,37:1720 1763.2李世琳,毛健等.纳米银溶胶稳定性的影响机制研究J.稀有金属材料与工程，2008，37(8)：1436-1439.3朱纯阳，贺军辉.纳米银胶体颗粒制备新方法及其荧光增强效应研究J.影像科学与光化学，2008，26(6)：474-479.4杨立群，林凯城等.含纳米银的抗菌水凝胶研究J.中山大学学报:自然科学版，2011，50(6)：58-61.5潘育松，熊党生，陈晓林，聚乙烯醇水凝胶的制备及性能J，高分子材料科学与工程，2007，23：228-231.6范士军，唐群委等.Ag/PAM/PVA水凝胶的合成及性能研究J.厦门大学学报:自然科学版，2008，47：101-103.7范士军，唐群委等.Ag/PVP/PVA抗菌水凝胶的制备及性能J.高分子材料科学与工程，2009，25（11）：149-151.8冯军强，徐曼等.Ag/PVA纳米聚合物基复合材料的制备及其电性能研究J.中国电机工程学报.2004，24（6）：92-95.9Haijun Yu,Xiaoyi Xu. Preparation and Antibacterial Effects of PVA-PVP Hydrogels Containing Silver NanoparticlesJ.JApplied Polymer Science,2007,103：125133.10Jian-He Yang ,Yu-Der Lee.Highly electrically conductive rGO/PVA composites with a network dispersive nanostructureJ.Materials Chemistry,2012,22:85128517.11Z. H. Mbhele,M. G. Salemane et al.Fabrication and Characterization of Silver-Polyvinyl Alcohol NanocompositesJ.J.Chem. Mater, 2003, 15, 5019-5024.12Suman Mahendia, A.K. Tomar, Shyam Kumar.Electrical conductivity and dielectric spectroscopic studies of PVAAg nanocomposite filmsJ.Alloys and Compounds, 2010, 508:406411.13Jian-Tao Zhang, Rahila Bhat, Klaus D. Jandt.Temperature-sensitive PVA/PNIPAAm semi-IPN hydrogels with enhanced responsive propertiesJ.Acta Biomaterialia,2009, 5 :488497.14Gheorghe Fundueanu , Marieta Constantin , Paolo Ascenzi .Poly(vinyl alcohol) microspheres with pH- and thermosensitive properties as temperature-controlled drug deliveryJ.Acta Biomaterialia ,2010,6 :38993907.15Xingjie Zan,Mikhail Kozlov,Thomas J. McCarthy, et al.Silver-Doped Poly(vinyl alcohol) Hydrogel Films on Poly(L-lactic acid)J.Biomacromolecules ,2010, 11:10821088.16Y. Murali Mohan, Kyungjae Lee.Hydrogel networks as nanoreactors: A novel approach to silver nanoparticles for antibacterial applicationsJ.Polymer ,2007,48:158-164.17Nadia Baït, Bruno Grassl,et al.Hydrogel nanocomposites as pressure-sensitive adhesives for skin-contact applicationsJ.Soft Matter, 2011,7:20252032.18Bastien Léger,a Stéphane Menuel,et alNanoparticle-Based Catalysis using Supramolecular HydrogelsJ.Adv. Synth. Catal,2012,354:12691272.19You Feng Yue , M. 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