導(dǎo)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(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注。然而傳統(tǒng)水凝膠存在的機(jī)械性能差（強(qiáng)度、自恢復(fù)和抗疲勞）和耐寒性弱的缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用。此外,目前所報(bào)道的基于水凝膠的傳感器多為應(yīng)變傳感器,監(jiān)測(cè)類型較為單一,無(wú)法滿足柔性可穿戴傳感器的實(shí)際需求。針對(duì)這些問(wèn)題,本文通過(guò)簡(jiǎn)單的浸泡法制備了多功能高強(qiáng)韌殼聚糖-聚N-羥乙基丙烯酰胺離子-氫鍵雙物理網(wǎng)絡(luò)水凝膠,并對(duì)其機(jī)械性能、抗凍性和傳感性能進(jìn)行了研究,主要內(nèi)容如下:1、高強(qiáng)韌殼聚糖-聚N-羥乙基丙烯酰胺（CS-PHEAA）雙物理網(wǎng)絡(luò)水凝膠的構(gòu)建及力學(xué)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(fù)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(luò)進(jìn)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(luò)水凝膠（DN-Sul水凝膠）。CS離子交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和PHEAA氫鍵網(wǎng)絡(luò)在水凝膠變形的過(guò)程中解離,發(fā)揮分散應(yīng)力并消耗能量的作用,能夠?yàn)樗z提供有效的能量耗散機(jī)制。兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同作用賦予DN-Sul水凝膠優(yōu)異的機(jī)械性能:高拉伸強(qiáng)度（σ

【文章來(lái)源】：鄭州大學(xué)河南省 211工程院校

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（A）黏土/聚異丙基丙烯酰胺（clay/PNIPAAm）納米復(fù)合水凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖；（B）納米復(fù)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(fù)合水凝膠的超壓縮和高延展性[25]Figure1.2SupercompressionandhighductilityofPEG/nHAPnanocompositehydrogel[25]雖然納米復(fù)合水凝膠具有優(yōu)異的機(jī)械性能，但是納米復(fù)合水凝膠在制備過(guò)程中存在納米顆粒分散性的問(wèn)題，納米顆粒分散的不均勻?qū)?huì)對(duì)水凝膠的機(jī)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(fù)合水凝膠的種類及應(yīng)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(bào)道了一種通過(guò)聚兩性電解質(zhì)正負(fù)電荷之間的離子鍵作用構(gòu)建的3-（甲基丙烯酰胺氨基）丙基三甲基氯化銨/聚對(duì)苯乙烯磺酸鈉（PMPTC/PNaSS）新型高強(qiáng)水凝膠[28]。如圖1.3所示，由于電解質(zhì)分子鏈上陽(yáng)離子和陰離子的隨機(jī)分布，在經(jīng)過(guò)透析后形成了具有不同強(qiáng)度分布的聚離子絡(luò)合物（PIC），其中強(qiáng)的離子鍵充當(dāng)永久性交聯(lián)點(diǎn)，為水凝膠提供延展性和彈性；弱的離子鍵充當(dāng)犧牲鍵，在水凝膠變形過(guò)程中分散應(yīng)力并耗散能量，為水凝膠提供機(jī)械強(qiáng)度。該兩性聚合物水凝膠表現(xiàn)出突出的斷裂應(yīng)力（3.7MPa）、較高的彈性模量（5.4MPa）和韌性（14.8MJ/m3）。設(shè)置壓縮應(yīng)變?yōu)?5%，該水凝膠可以承受17.5MPa的壓縮應(yīng)力且保持結(jié)構(gòu)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(fù)性能。該工作為設(shè)計(jì)高強(qiáng)韌水凝膠提供了一種新的思路。

1緒論5圖1.3聚離子絡(luò)合物（PIC）水凝膠的制備原理及單體的化學(xué)結(jié)構(gòu)[28]Figure1.3Schematicsofpreparationofpolyion-complex(PIC)hydrogelandthechemicalstructuresofmonomers[28]然而，這種聚兩性電解質(zhì)水凝膠同時(shí)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(guò)透析將鹽溶液除去，這可能會(huì)造成水凝膠在生理?xiàng)l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(shí)間較長(zhǎng)，這在一定程度上限制了它的應(yīng)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(tuán)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(duì)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(lái)越多的關(guān)注。疏水改性水凝膠中疏水基團(tuán)間通過(guò)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(luò)中的物理交聯(lián)點(diǎn)，從而構(gòu)建得到具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(jī)械強(qiáng)度和透明性，同時(shí)，由于疏水締合交聯(lián)點(diǎn)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(duì)水凝膠力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，HA水凝膠的拉伸強(qiáng)度、斷裂能、彈性模量及斷裂伸長(zhǎng)率與水凝膠組分的含


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