離子凝膠結(jié)合了水凝膠與導(dǎo)電材料的優(yōu)越特性,兼具柔性、可拉伸性與良好的導(dǎo)電能力,是制備柔性電子器件的理想材料。近年來,有關(guān)離子凝膠的報道層出不窮,但是機(jī)械強(qiáng)度弱、拉伸性能差、導(dǎo)電填料與水凝膠基質(zhì)不相容等問題依舊限制著離子凝膠的發(fā)展。因此,本文利用高分子量的聚乙二醇（PEO）與聚丙烯酸（PAA）分子鏈間的氫鍵作用和高度鏈纏結(jié)作用,制備了一種機(jī)械強(qiáng)度高、拉伸性能強(qiáng)、透明度好的水凝膠,并同時摻雜入少量的雙三氟甲基磺酰亞胺鋰（Li TFSI）作為電解質(zhì)鹽,賦予了水凝膠良好的導(dǎo)電性能。由該離子凝膠制備而成的柔性傳感器具有良好的靈敏度、穩(wěn)定性和重復(fù)性,為可穿戴電子設(shè)備、體內(nèi)植入器件、柔性傳感器、致動器等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了一種工藝簡單、經(jīng)濟(jì)節(jié)約的途徑。本實(shí)驗(yàn)以PEO為大分子物理交聯(lián)劑,2-羥基-4’-（2-羥乙氧基）-2-甲基苯丙酮（I2959）為光引發(fā)劑,并加入Li TFSI作為電解質(zhì)鹽,利用丙烯酸（AA）單體的原位光引發(fā)聚合反應(yīng),即可一步形成透明、可拉伸的PAA-PEO-Li離子凝膠。研究結(jié)果表明,PAA/PEO的單體摩爾比和PEO的分子量對離子凝膠的機(jī)械性能有顯著的影響。當(dāng)PEO分子量為100 k... 

【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省211工程院校985工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

五種常見的合成導(dǎo)電水凝膠的方法[13]

第一章緒論3應(yīng)用前景。由于水凝膠內(nèi)含有大量的水和微孔結(jié)構(gòu)，能為離子的遷移提供自由移動的空間，所以離子導(dǎo)電水凝膠的制備通常是把溶解性鹽（如：NaCl、LiCl等）分散在水凝膠網(wǎng)絡(luò)中。例如，復(fù)旦大學(xué)的武培怡教授課題組把AA和3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]銨]丙烷-1-磺酸內(nèi)鹽（DMAPS）混合反應(yīng)，通過一步聚合形成了一種物理交聯(lián)的水凝膠，再把交聯(lián)后的水凝膠浸泡在氯化鈉溶液中，通過進(jìn)一步的疏水作用，使水凝膠的溶脹度減小，機(jī)械性能提高。同時，由于氯化鈉溶液中的離子通過滲透作用進(jìn)入到水凝膠網(wǎng)絡(luò)中，水凝膠獲得了良好的離子導(dǎo)電性。此外，AA與DMAPS之間的氫鍵作用賦予了該離子凝膠良好的自修復(fù)能力和拉伸性能。當(dāng)基于這種超分子水凝膠的仿生皮膚貼在塑料假肢手指上時，它能通過離子傳輸接收電容和電阻的變化信號，從而感知假肢手指彎曲、按壓以及溫度的變化，模擬了人體皮膚的機(jī)械和溫度感受器（圖1-2）[17]。圖1-2（a）DMAPS和AA共聚物的化學(xué)結(jié)構(gòu)式。（b）仿生皮膚的設(shè)計原理圖和兩個簡化的等效電路示意圖。（c）把透明的水凝膠均勻涂抹在假體手掌上，使得水凝膠與假體手指完全貼合（標(biāo)尺：2厘米）[17]。Figure1-2.(a)MolecularstructureoftheP(DMAPS-co-AA)polymer.(b)Schematicdesignandtwosimplifiedequivalentelectricalcircuitsofthebiomimeticskin.(c)Photosofthetransparenthydrogel;itisreshapedandappliedtothesurfacesofaprosthetichandandshowscompliancewiththeprostheticfinger(scalebar:2cm)[17].

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文4青島大學(xué)的隋坤艷課題組受天然水凝膠和人體皮膚組成及傳感原理的啟發(fā)，研發(fā)了一種基于海藻多糖超分子納米纖維水凝膠的離子皮膚傳感器（如圖1-3所示）[18]。該離子水凝膠擁有雙網(wǎng)絡(luò)（DN）結(jié)構(gòu)，其中作為能量耗散的網(wǎng)絡(luò)是利用無機(jī)鹽氯化鈉（NaCl）來誘導(dǎo)海藻酸鈉（SA）分子進(jìn)行自組裝，形成多重氫鍵的超分子納米纖維網(wǎng)絡(luò)；而作為結(jié)構(gòu)支撐的網(wǎng)絡(luò)是基于聚丙烯酰胺（PAAm）的化學(xué)交聯(lián)形成的彈性網(wǎng)絡(luò)。NaCl與SA通過解離提供大量的自由離子，從而構(gòu)筑了離子凝膠力學(xué)網(wǎng)絡(luò)與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)同效應(yīng)機(jī)制。同時，該離子水凝膠顯示出極高的透明度（99.6%）、高拉伸性能（3120%）、高韌性（4.77MJm-3）及良好的抗拉抗壓縮能力�；诖穗x子凝膠而制備出來的離子皮膚傳感器展現(xiàn)出超高的靈敏度和寬應(yīng)變響應(yīng)范圍（0.3%-1800%），與人體皮膚的貼合性好，并可以在較低的電壓（0.04V）下工作，能夠?qū)崟r檢測出人體從大幅度運(yùn)動（四肢拉伸彎曲）到微小變形（脈搏跳動、聲帶振動）的變化。圖1-3（a）模擬仿生皮膚的離子水凝膠傳感器的組成。（b）由于Na+的靜電屏蔽作用，SA分子自組裝形成基于多重氫鍵的超分子納米纖維。（c）SA超分子納米纖維DN水凝膠的制備過程[18]。Figure1-3.Designandsynthesisofhigh-performanceSA/NaCl/PAMionicDNhydrogels.(a)Bionicsensorsbasedonionichydrogelssimulatethestructureofskin.(b)MultiplehydrogenbondsareformedwithinSAnanofibrilsinthepresenceofNa+.(c)ProceduresforthefabricationofsupramolecularionicnanofibrilDNhydrogels[18].

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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[2]導(dǎo)電水凝膠的制備及其在生物電化學(xué)傳感器上的應(yīng)用[D]. 張彩蕓.西北師范大學(xué) 2018



本文編號：3625354