纳米复合水凝胶(第2版)

1 绪论

1．1 水凝胶概述

1．2 纳米材料的概念及背景

1．3 复合水凝胶的分类及研究进展

1．4 思政小结

1．5 课后习题

1．6 参考文献

2 纳米复合水凝胶的制备方法、结构特点及应用

2．1 纳米复合水凝胶的制备方法

2．2 纳米复合水凝胶的结构特点

2．3 纳米复合水凝胶的应用

2．4 思政小结

2．5 课后习题

2．6 参考文献

3 无机纳米复合水凝胶材料

3．1 无机纳米材料的制备方法及类型

3．2 无机纳米复合水凝胶的制备

3．3 无机纳米复合水凝胶的应用

3．4 思政小结

3．5 课后习题

3．6 参考文献

4 石墨烯复合水凝胶材料

4．1 石墨烯的制备及特性

4．2 石墨烯复合水凝胶材料研究背景及现状

4．3 石墨烯复合水凝胶的制备方法

4．4 石墨烯复合水凝胶材料的特性及应用

4．5 石墨烯复合水凝胶材料存在的问题

4．6 思政小结

4．7 课后习题

4．8 参考文献6

5 碳纳米管复合水凝胶材料

5．1 碳纳米管复合水凝胶材料研究现状

5．2 碳纳米复合水凝胶的制备方法

5．3 碳纳米管复合水凝胶材料的溶胀、热学和力学性能

5．4 碳纳米管复合水凝胶材料的特性及应用

5．5 思政小结

5．6 课后习题

5．7 参考文献

6 MXenes复合水凝胶材料

6．1 MXenes的制备方法及特性

6．2 6．2 MXenes复合水凝胶的制备方法

6．3 MXenes复合水凝胶的应用

6．4 MXenes复合水凝胶的衍生物及应用

6．5 思政小结

6．6 课后习题

6．7 参考文献

7 金属纳米复合水凝胶材料

7．1 金属纳米的制备方法及类型

7．2 金属纳米复合水凝胶的研究现状

7．3 金属纳米复合水凝胶的分类

7．4 贵金属纳米复合水凝胶的制备方法及应用

7．5 金属纳米复合水凝胶目前存在的问题

7．6 思政小结

7．7 课后习题

7．8 参考文献

8 纳米纤维复合水凝胶材料

8．1 纳米纤维的制备方法及类型

8．2 纳米纤维复合水凝胶的制备

8．3 纳米纤维复合水凝胶的应用

8．4 思政小结

8．5 课后习题

8．6 参考文献

1绪论

1.1水凝胶概述

水凝胶是由天然或合成材料通过物理或化学交联过程形成的具有三维交联网络的凝胶，聚合物上的亲水基团及其交联结构可以容纳大量的水且在水性介质中表现出良好的柔软性和溶胀性。水凝胶有多种形式，具有不同的功能但也有一定的局限性，总体来说，这些系统可以描述为保留大量水的交联大分子网络。水凝胶的含水量可达99%，这使该材料对人体及富含水的生物环境非常友好。作为被水浸润的亲水性聚合物网络，水凝胶是动物体的主要组成部分，构成了它们的大部分细胞、细胞外基质、组织和器官。水凝胶已广泛用于组织工程、药物递送、环境工程、化学工业、制药工程等领域。

最初，凝胶和聚合物被认为是同一种物质的两种不同的形态。生活中的许多物品都是由高分子材料合成，如塑料、衣物和电子产品配件等。19世纪，水凝胶作为聚合物的另-种形态出现。当时的化学家们发现作为高分子材料的橡胶遇热会收缩，这种特性使其在生活和工业中表现出良好的应用前景。然而，塑料和橡胶在多数情况下的生物相容性较差，因此，研究出在一些特殊领域能够替代橡胶和塑料的材料成为当时科学家的目标。1960年，Otto Wichterle 和 Drahoslav Lim提出，一种材料除要满足具有一定的含水量外，还要满足对正常生物过程的惰性(包括抵抗聚合物降解和对生物体不利的反应)、代谢物的渗透性等性能，其需要具有亲水性基团平。此外，材料还需要有足够的交联三维结构来抵抗吸收。在众多塑料中，他们发现丙烯酸酯单体与百分之几的甲基丙烯酸乙醇的共聚物能够满足目标要求。同时，这种共聚物的力学性能和含水量可以根据实际需求进行灵活地调控，且在较高温度下不被破坏。这项工作的首次进展是制备了水凝胶，是水凝胶发展史中重要的里程碑，也为当今水凝胶的多样化设计和应用奠定了坚实的基础。

水凝胶材料也有一定的局限性。例如，溶解度低、结晶度高、机械性能和热性能较差、存在未反应的单体和有毒交联剂等。因此，将具有预定特性(如生物降解性、溶解性、结晶度和生物活性》的天然聚合物和合成聚合物相结合，可以用新的思路和方法开发这些特性。由于水凝胶的交联结构，其在溶胀过程中不会解离。交联反应可能发生在几种环境中，如体外、水凝胶制备期间或体内(原位)。为了引发化学交联反应，必须将低分子量交联剂与聚合物一起引人反应混合物中。在没有交联点的情况下，由于聚合物链和水的热力学相容性，亲水性线性聚合物链溶于水。然而，在存在交联点的情况下，溶解度因网络中交联点的弹性收缩力存在而变化不大。当这些力变得相等时，溶胀就会达到平衡2]。网络的亲水性是由于存在亲水基团，如一NHz,-C0OH,-OH,-CONHz,-CONH-和SO,H等，同时还有毛细管效应和渗透压。

……

本书按照复合材料类型并结合前沿研究成果, 系统总结了不同复合水凝胶的制备方法、特性、研究现状、研究进展及应用。本书主要包括如石墨烯复合水凝胶、碳纳米管复合水凝胶、MXene复合水凝胶、金属纳米颗粒复合水凝胶、无机纳米颗粒复合水凝胶、纳米纤维复合水凝胶等常用的复合水凝胶体系, 为读者全面了解复合水凝胶提供指导。