● 摘要
电活性高分子复合材料作为一种智能材料，近十几年来得到极大关注和深入研究，在传感器、机器人、人工肌肉、药物释放、仿生、生化等领域应用广泛。本文主要研究了纳米二氧化钛/硅胶复合材料和离子掺杂聚吡咯两类电活性高分子材料的电场响应性，并利用导电聚吡咯管构筑了一种新型微阀门结构，可以集成在微流控芯片上，用于生物、化学分析及食品安全检测等领域。 本文在研究复合凝胶时，首先通过测试杨氏模量，选择出最优固化条件：将粒径为几百纳米的锐钛矿型二氧化钛按一定比例混合到硅胶中，硅油AB组分按照10:1混合均匀，在100℃的固化温度下，固化30分钟。复合硅胶在高压电场下产生以下响应规律：顶端固定的硅胶条在高压电场下向正极弯曲，随着电压的增大，形变量增大；完全浸入介电液体中的硅胶条在高压下向正极运动，运动分为平动和转动两部分。基于硅胶的上述电响应性规律，我们提出了静电吸引理论对其制动性进行了初步解释；复合的纳米二氧化钛，加快了电荷的转移，削弱了电场作用力。 在本文第二部分中，首先采用电化学法聚合得到离子掺杂的导电聚吡咯，借助于对SEM表面形貌和断面图分析，我们研究了掺杂离子种类、溶剂、聚合温度对聚吡咯形貌、膜厚及结构的影响。最后，我们选择出两组最优聚合条件，该条件下聚合的聚吡咯能够满足微阀门的构筑及微流控测试的要求：一是在PC电解质中，在－19℃的聚合温度下，用0.1M双三氟甲烷磺酰亚胺锂对聚吡咯进行掺杂；二是在PC电解质中，在－19℃的聚合温度下，用0.1M高氯酸钠对聚吡咯进行掺杂。 最后，我们使用聚吡咯构筑了一种新型阀门结构：在底端密封的不锈钢针管上打一侧孔，然后套上聚吡咯管。在不同的电压下，随着掺杂离子“出入”聚合物基体，聚合物的体积会发生相应的改变，从而实现阀门的“开关”过程。同时，我们使用电子天平等组装了一套微流控测试装置，并将其与计算机连接，可直接输出测试数据。通过调节电压，该聚吡咯微阀门可以实现从10nL/s到300nL/s的流速控制；同时压力对流速也有较大影响，通过调节电压和压力可以实现流速的精确控制。