Page 113 - 《精细化工》2021年第4期

第 4 期 阿尔普丁·艾尼娃尔，等: PNIPAM/锂藻土/GO 近红外光响应水凝胶的制备及其应用初探 ·747·

所制备的水凝胶拉伸强度及断裂伸长率均降低，这 48.5 ℃，突破其 VPTT。而 L-PNIPAM-12.0 水凝胶
与文献[19-20]报道的锂藻土与 GO 之间可以通过形 的温度从 20.3 ℃升至 31.6 ℃，其在 150 s 后升高
成氢键相互作用的研究结果一致。 不明显。两种水凝胶温度上升的最高温度相差明显，
2.3 水凝胶的温敏性研究 说明光热转化主要来自水凝胶中的 GO。制备的
温敏水凝胶的溶胀性能受温度影响较大，可通 L-PNIPAM/GO-12.0-0.21 水凝胶具有较好的近红外
过测试水凝胶溶胀率随温度变化的数据来判断对应 光响应性，此外，水凝胶在照射过程（不到 300 s）
凝胶的体积相转变温度（VPTT）。不同 GO 含量的 会收缩，所以，该复合水凝胶可以快速地用近红外
L-PNIPAM/GO-12.0 水凝胶的 VPTT 曲线见图 7。由 光远程控制收缩与溶胀过程。
图 7 可知，有无 GO 的水凝胶均呈现明显的温度响
2.5 水凝胶的应用研究初探
应性。温度较低时，水凝胶呈高度吸水的溶胀状态，
对 L-PNIPAM/GO-12.0-0.21 和 L-PNIPAM-12.0 两
当温度超过 36 ℃时，水凝胶呈收缩状态，溶胀率
种水凝胶进行了近红外光控流体开关的可行性研
显著降低，其 VPTT 为 36 ℃。3 个样品均具有相似
究，见图 9。
的趋势，表明 GO 的加入对水凝胶本身的温度响应

性影响较小。

a—L-PNIPAM-12.0 水凝胶；b—L-PNIPAM/GO-12.0-0.21 水凝胶
图 7 不同 GO 含量 L-PNIPAM/GO-12.0 水凝胶的 VPTT
图 9 水凝胶在流体开关上的应用（图中左侧黄色液体为
曲线 甲基橙溶液，右侧无色液体为水）
Fig. 7 VPTT curves of L-PNIPAM/GO-12.0 hydrogels Fig. 9 Application of the hydrogels as fluid switch (The
with different content of GO yellow liquid on the left is methyl orange solution,
and the colorless liquid on the right is water)
2.4 水凝胶的近红外光响应性评价
使用功率为 2 W 808 nm NIR 对 L-PNIPAM-12.0 从图 9 可见，由 L-PNIPAM-12.0 水凝胶所制备
和 L-PNIPAM/GO-12.0-0.21 两种水凝胶进行照射， 的流体开关在经 NIR 照射 10 min 后几乎不能使两边
评价其 NIR 响应性，结果见图 8。 液体相互流通；经 NIR 照射 300 s 后，L-PNIPAM/GO-
12.0-0.21 水凝胶吸收 NIR 能量并转化成足够的热，
使其温度升高并发生了明显的体积相转变，导致管
内两边液体相互流通，引起了流体颜色的改变。所
以，L-PNIPAM/GO-12.0-0.21 水凝胶有望应用于流
体开关领域，并实现通过 NIR 来控制流体的流动。
PNIPAM 水凝胶周围的微环境在 VPTT 以上和
以下时将表现出不同的水化程度，使其呈现温度刺
激黏附性响应的特征 [21] 。图 10 是 NIR 非接触控制
黏性水凝胶发生脱附的照片。由图 10 可知，
L-PNIPAM/GO-12.0-0.21 水凝胶经 2 W 808 nm NIR

图 8 水凝胶温度随 NIR 照射时间的变化 照射 150 s 后，即可实现无损脱附（图 10b），而
Fig. 8 Temperature change of the hydrogels with NIR L-PNIPAM-12.0 水凝胶在光照射下几乎没有变化，
irradiation time
仍能保持较好的黏附状态（图 10a）。这是因为，GO
从图 8 可以看出，300 s 内，L-PNIPAM/GO-12.0- 会吸收 NIR 而转化成热，使得凝聚温度上升，超过
0.21 水凝胶的温度逐渐上升，从 20.3 ℃升高到 其 VPTT，引发体积相变，水凝胶收缩失水，同时