【摘要】：近年來,隨著智能終端的發(fā)展和普及,可穿戴柔性電子設(shè)備顯示出巨大的市場應(yīng)用前景。柔性傳感器作為柔性電子設(shè)備的核心部件,在電子皮膚、人體運動監(jiān)測、醫(yī)保健康和人機(jī)交互系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,水凝膠作為典型的柔性傳感材料已成為研究熱點。然而,目前的水凝膠材料仍不能有效滿足生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中復(fù)雜的實際需求,主要面臨以下挑戰(zhàn):i)傳統(tǒng)水凝膠材料的機(jī)械強(qiáng)度低,與天然組織仍有很大差距;ii)隨著人們對循環(huán)穩(wěn)定性、器件壽命等性能要求的提高,自修復(fù)水凝膠材料的需求與日俱增;iii)延展性、彈性和靈敏度差等。因此,本文主要圍繞如何提高雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的機(jī)械性能,拓寬其在柔性傳感器中的應(yīng)用,開展了一系列的研究工作,主要的研究結(jié)果如下:1.通過添加一價無機(jī)鹽(NaCl)誘導(dǎo)半剛性的海藻酸鈉(SA)分子自組裝,形成基于多重氫鍵的超分子納米纖維網(wǎng)絡(luò)作為能量耗散網(wǎng)絡(luò),聚丙烯酰胺(PAM)化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為彈性支撐網(wǎng)絡(luò),構(gòu)建成雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠;同時,NaCl和SA還可以提供大量的導(dǎo)電離子,使水凝膠具有良好的導(dǎo)電性,從而實現(xiàn)機(jī)械網(wǎng)絡(luò)和導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)同作用,提高水凝膠綜合性能�；诖�,該水凝膠從組成上和結(jié)構(gòu)(SA納米纖維、PAM彈性網(wǎng)絡(luò)、NaCl)都仿生人體皮膚(膠原纖維、彈性纖維、無機(jī)鹽)。制備的水凝膠具有高透明度(99.6%)、高拉伸強(qiáng)度(0.75 MPa)、抗壓縮(汽車碾壓后立刻回彈)、高延展性(3120%)、高韌性(4.77 MJ/m~3)、高應(yīng)變下依然具有高的彈性等優(yōu)異性能。將其進(jìn)一步應(yīng)用于離子傳感,該水凝膠傳感器表現(xiàn)出高靈敏度、寬應(yīng)變響應(yīng)范圍(0.3%-1800%)、優(yōu)異的貼合性和穩(wěn)定性,可以在0.04 V的低電壓下工作,完成對人體從大形變運動(四肢)到微小形變(發(fā)音、脈搏)等信號的即時和穩(wěn)定檢測。2.通過加入不良溶劑乙醇(EtOH)誘導(dǎo)SA在氫鍵作用下自組裝形成SA納米纖維,作為第一層物理網(wǎng)絡(luò),PAM化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為第二層網(wǎng)絡(luò),制備了雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。制備的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠具有優(yōu)異的機(jī)械性能,斷裂拉伸強(qiáng)度為0.92 MPa、斷裂拉伸應(yīng)變?yōu)?230%、韌性達(dá)到9.39 MJ/m~3,且具有良好的彈性,該水凝膠還具有良好的自愈性和粘附性。將制備得到的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠應(yīng)用于應(yīng)變傳感器,展現(xiàn)出高的靈敏度(GF=8.6)、優(yōu)異的穩(wěn)定性,且可以實時監(jiān)測人體不同部位的運動。
【學(xué)位授予單位】：青島大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP212;TQ427.26

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本文編號：2811278