水凝膠是由親水性分子通過(guò)物理或化學(xué)交聯(lián)作用形成的具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高分子材料,具有豐富的含水量、良好的生物相容性和保水性等特點(diǎn),在人造軟組織替代物、柔性傳感、藥物載體、智能機(jī)器人和農(nóng)業(yè)抗旱等方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。然而傳統(tǒng)水凝膠的機(jī)械強(qiáng)度低且耐寒性差,極大的限制了水凝膠的應(yīng)用。近年來(lái)基于水凝膠材料的柔性傳感器被廣泛研究,但大多數(shù)水凝膠傳感器存在監(jiān)測(cè)類(lèi)型單一且可監(jiān)測(cè)范圍有限（形變范圍和使用溫度范圍）等問(wèn)題,從而限制了水凝膠在柔性可穿戴傳感器中的應(yīng)用。針對(duì)以上問(wèn)題,本文利用簡(jiǎn)單通用的鹽溶液浸泡法制備了離子-共價(jià)和鏈纏結(jié)-共價(jià)高機(jī)械性能抗凍殼聚糖/聚（丙烯酸-co-丙烯酰胺）雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠,并研究了其在柔性傳感器中的應(yīng)用。具體的研究?jī)?nèi)容如下:（1）高機(jī)械性能抗凍殼聚糖/聚（丙烯酸-co-丙烯酰胺）離子-共價(jià)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠（DN-Sul gel）的構(gòu)建與性能研究。首先采用一鍋法制備了基于共價(jià)鍵和氫鍵作用的殼聚糖/聚（丙烯酸-co-丙烯酰胺）復(fù)合水凝膠,然后將復(fù)合水凝膠浸泡到Fe₂（SO₄）₃溶液中得到離子-共價(jià)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。丙烯酸與... 

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水凝膠的應(yīng)用[26-30]

1前言41.3.1點(diǎn)擊化學(xué)水凝膠早在2001年點(diǎn)擊化學(xué)（clickchemistry）這個(gè)概念就已被提出，其實(shí)質(zhì)是一種快速、準(zhǔn)確和高效的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)這種方法可以有效的控制聚合物鏈上交聯(lián)點(diǎn)的數(shù)量，進(jìn)而制備出結(jié)構(gòu)規(guī)整的高強(qiáng)度水凝膠。Malkoch等[46]利用點(diǎn)擊化學(xué)的方法設(shè)計(jì)了PEG水凝膠，如圖1.2所示，聚乙二醇分子鏈在接上炔基和羥基之后，疊氮將與帶有羥基的分子鏈進(jìn)一步反應(yīng)，最后在CuSO4的催化下帶有炔基和帶有疊氮基的大分子之間進(jìn)行反應(yīng)得到規(guī)整程度較高的水凝膠，該水凝膠具有突出的力學(xué)性能（強(qiáng)度：2.39MPa，斷裂拉伸應(yīng)變：1550%）。圖1.2采用點(diǎn)擊化學(xué)法制備結(jié)構(gòu)規(guī)整的聚乙二醇水凝膠[46]Figure1.2Preparationofstructuredpolyethyleneglycolhydrogelbyclickchemistry[46]1.3.2復(fù)合水凝膠復(fù)合水凝膠包括有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合水凝膠和有機(jī)/有機(jī)復(fù)合水凝膠，目前研究較多的是納米復(fù)合水凝膠（NanocompositeGel,NCGel）和大分子微球復(fù)合水凝膠（MacromolecularMicrosphereCompositeHydrogel,MMCGel）[68]。（1）納米復(fù)合（NC）水凝膠

1前言5受炭黑粒子增強(qiáng)橡膠原理的啟發(fā)，眾多研究者使用無(wú)機(jī)納米顆粒增強(qiáng)水凝膠的機(jī)械性能，采用共混聚合法、納米粒子表面改性法或者原位聚合法將一些片材或者顆粒狀納米材料均勻分散到高分子聚合物網(wǎng)絡(luò)中得到納米復(fù)合水凝膠。最常用的納米材料包括黏土、二氧化硅、納米纖維素、羥基磷灰石以及碳系材料等。2002年Haraguchi和Takehisa課題組[69]首次提出將無(wú)機(jī)膨脹的納米黏土顆粒作為多功能交聯(lián)點(diǎn)制備聚（N-異丙基丙烯酰胺）納米復(fù)合水凝膠，從而克服傳統(tǒng)水凝膠的脆性問(wèn)題。首先，他們將無(wú)機(jī)的鋰藻土溶解在水中剝離成直徑為30nm厚度為1nm的顆粒，然后采用原位聚合的方法將N-異丙基丙烯酰胺（NIPAAm）單體吸附到鋰藻土上，最后聚合得到具有優(yōu)異機(jī)械性能的NC水凝膠。如圖1.3所示，納米材料的引入賦予水凝膠良好的韌性和極佳的彈性，其斷裂伸長(zhǎng)率高達(dá)2000%。但是，納米顆粒很難均勻的分散到水凝膠的網(wǎng)絡(luò)中，甚至?xí)霈F(xiàn)團(tuán)聚的現(xiàn)象，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不均勻，從而影響水凝膠的機(jī)械性能，所以納米復(fù)合水凝膠的發(fā)展和應(yīng)用受到了限制。圖1.3（A）無(wú)機(jī)納米黏土復(fù)合（NC）水凝膠和聚N-異丙基丙烯酰胺（OR）水凝膠的機(jī)理圖；（B）NC水凝膠和OR水凝膠的應(yīng)力-應(yīng)變曲線[69]Figure1.3(A)Schematicofinorganicnano-claycomposite(NC)hydrogelandpolyn-isopropylamide(OR)hydrogel.(B)Stress-straincurvesofNChydrogelandORhydrogel[69]（2）大分子微球復(fù)合水凝膠1986年就有文獻(xiàn)報(bào)道了具有溫敏特性的聚N-異丙基丙烯酰胺（PNIPAM）


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