導電水凝膠兼具優(yōu)異的延展性和可調(diào)控的理化性質(zhì),在柔性可穿戴傳感器領域受到了廣泛的關注。然而傳統(tǒng)水凝膠存在的機械性能差（強度、自恢復和抗疲勞）和耐寒性弱的缺點限制了其應用。此外,目前所報道的基于水凝膠的傳感器多為應變傳感器,監(jiān)測類型較為單一,無法滿足柔性可穿戴傳感器的實際需求。針對這些問題,本文通過簡單的浸泡法制備了多功能高強韌殼聚糖-聚N-羥乙基丙烯酰胺離子-氫鍵雙物理網(wǎng)絡水凝膠,并對其機械性能、抗凍性和傳感性能進行了研究,主要內(nèi)容如下:1、高強韌殼聚糖-聚N-羥乙基丙烯酰胺（CS-PHEAA）雙物理網(wǎng)絡水凝膠的構建及力學性能研究。首先基于氫鍵作用制備具有優(yōu)異延展性的CS-PHEAA復合水凝膠,然后將其浸泡在硫酸鈉（Na₂SO₄）溶液中形成CS離子交聯(lián)網(wǎng)絡進而制備得到殼聚糖-聚N-羥乙基丙烯酰胺離子-氫鍵雙物理網(wǎng)絡水凝膠（DN-Sul水凝膠）。CS離子交聯(lián)網(wǎng)絡和PHEAA氫鍵網(wǎng)絡在水凝膠變形的過程中解離,發(fā)揮分散應力并消耗能量的作用,能夠為水凝膠提供有效的能量耗散機制。兩個網(wǎng)絡的協(xié)同作用賦予DN-Sul水凝膠優(yōu)異的機械性能:高拉伸強度（σ

【文章來源】：鄭州大學河南省 211工程院校

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【學位級別】：碩士

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（A）黏土/聚異丙基丙烯酰胺（clay/PNIPAAm）納米復合水凝膠的網(wǎng)絡結構示意圖；（B）納米復合水凝膠拉伸狀態(tài)下的模型示意圖[24]

1緒論4圖1.2聚乙二醇/羥基磷灰石納米粒子（PEG/nHAP）復合水凝膠的超壓縮和高延展性[25]Figure1.2SupercompressionandhighductilityofPEG/nHAPnanocompositehydrogel[25]雖然納米復合水凝膠具有優(yōu)異的機械性能，但是納米復合水凝膠在制備過程中存在納米顆粒分散性的問題，納米顆粒分散的不均勻將會對水凝膠的機械性能造成一定的影響，所以要求所用聚合物與納米顆粒之間具有良好的配合作用，所以納米復合水凝膠的種類及應用范圍受到一定的限制。1.2.2聚電解質(zhì)水凝膠2015年，龔劍萍教授課題組研究并報道了一種通過聚兩性電解質(zhì)正負電荷之間的離子鍵作用構建的3-（甲基丙烯酰胺氨基）丙基三甲基氯化銨/聚對苯乙烯磺酸鈉（PMPTC/PNaSS）新型高強水凝膠[28]。如圖1.3所示，由于電解質(zhì)分子鏈上陽離子和陰離子的隨機分布，在經(jīng)過透析后形成了具有不同強度分布的聚離子絡合物（PIC），其中強的離子鍵充當永久性交聯(lián)點，為水凝膠提供延展性和彈性；弱的離子鍵充當犧牲鍵，在水凝膠變形過程中分散應力并耗散能量，為水凝膠提供機械強度。該兩性聚合物水凝膠表現(xiàn)出突出的斷裂應力（3.7MPa）、較高的彈性模量（5.4MPa）和韌性（14.8MJ/m3）。設置壓縮應變?yōu)?5%，該水凝膠可以承受17.5MPa的壓縮應力且保持結構完整性。此外，在鹽溶液或高溫水性的條件下，離子鍵表現(xiàn)出可重建能力，賦予水凝膠良好的自恢復性能。該工作為設計高強韌水凝膠提供了一種新的思路。

1緒論5圖1.3聚離子絡合物（PIC）水凝膠的制備原理及單體的化學結構[28]Figure1.3Schematicsofpreparationofpolyion-complex(PIC)hydrogelandthechemicalstructuresofmonomers[28]然而，這種聚兩性電解質(zhì)水凝膠同時也存在著一些缺陷，即水凝膠的制備需要借助于鹽溶液，后期還需通過透析將鹽溶液除去，這可能會造成水凝膠在生理條件下的不穩(wěn)定性。此外，該水凝膠透光度較低，光引發(fā)聚合所需時間較長，這在一定程度上限制了它的應用。1.2.3疏水締合水凝膠疏水締合水凝膠主要是由親水性單體與少量疏水單體或基團共聚得到。最常用的親水性單體有丙烯酰胺（AAm）、N，N-二甲基丙烯酰胺（DMA）和丙烯酸（AAc）等。隨著對疏水改性聚丙烯酰胺（HMPAM）的廣泛研究，含HMPAM的疏水改性水凝膠也受到了越來越多的關注。疏水改性水凝膠中疏水基團間通過疏水締合作用形成大量的疏水締合域，這些疏水締合域可以作為水凝膠網(wǎng)絡中的物理交聯(lián)點，從而構建得到具有三維網(wǎng)絡結構的疏水改性水凝膠（圖1.4）。Liu等利用丙烯酰胺（AM）與少量的辛基酚聚氧乙烯丙烯酸酯（OP-4-AC）膠束（在十二烷基硫酸鈉（SDS）水溶液中）共聚成功制備了疏水締合水凝膠（HA-gels）[26]。HA水凝膠具有優(yōu)異的機械強度和透明性，同時，由于疏水締合交聯(lián)點的可重建能力，HA水凝膠具有一定的自愈合性能。此外，他們還研究了初始溶液中OP-4-AC、SDS和AM的含量對水凝膠力學性能的影響，結果表明，HA水凝膠的拉伸強度、斷裂能、彈性模量及斷裂伸長率與水凝膠組分的含


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