水凝膠的親水結(jié)構(gòu)使其能夠在三維網(wǎng)絡(luò)中容納大量的水,這賦予了它們良好的生物相容性和廣泛可調(diào)的物理化學(xué)性能。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,基于導(dǎo)電水凝膠的柔性可穿戴傳感器在人機界面交互、超靈敏電子皮膚及個人健康診療中具有廣泛而重要的應(yīng)用,這引起了極大的研究關(guān)注。本文依據(jù)當(dāng)前的研究進(jìn)展,介紹了兩種具有優(yōu)異性能的水凝膠可穿戴傳感器,分別為可抗凍抗熱的、長期穩(wěn)定的、可自修復(fù)的、超靈敏的有機水凝膠傳感器和可自修復(fù)的、可控釋藥的、超靈敏的水凝膠傳感器。具體工作如下:1.使用聚乙烯醇（PVA）、苯硼酸接枝的海藻酸鈉（Alg-PBA）和聚丙烯酰胺（PAM）組成有機水凝膠的聚合物網(wǎng)絡(luò),并將乙二醇-水的二元溶劑加入體系中,添加石墨烯作為納米導(dǎo)電填料,成功制備了同時具有抗凍抗熱性、長期穩(wěn)定性、高靈敏傳感性和可自修復(fù)性的有機水凝膠傳感器。探究了石墨烯的濃度、丙烯酰胺加入量以及乙二醇加入量對傳感性能與力學(xué)性能的影響。之后將傳感器負(fù)載到人體上,在寒冷和炎熱環(huán)境中進(jìn)行了手指彎曲、脈搏、按壓莫爾斯碼等一系列人體動作的測量。最終的結(jié)果表明,該傳感器即使在極端環(huán)境（-40℃或60℃）下也具有高的靈敏度（0.1122 kPa-1）、寬... 

【文章來源】：北京化工大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：113 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１？水凝膠的制備方法［３３］；?（ａ）物理糾纏；（ｂ）自組裝；（ｃ）螯合作用；（ｄ）靜電作用；（ｅ）化學(xué)交??聯(lián)??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１．?Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｈｙｄｒｏｇｅｌ，?（ａ）?Ｅｎｔａｎｇｌｅｍｅｎｔ，?（ｂ）?Ｓｅｌｆ－ａｓｓｅｍｂｌｙ，?（ｃ）?Ｃｈｅｌａｔｉｏｎ，?（ｄ）?Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ??ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ，?（ｅ）?Ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｒｏｓｓ－ｌｉｎｋｉｎｇ．??

米材料雜化＾，５２１、通過微晶交聯(lián)［５３］或通過混合多個組分［５４］??而形成水凝膠，可以顯著提高力學(xué)性能。之所以能達(dá)到增軔的目的，是因為組成水凝??膠的成分之間的超分子作用。碳納米管、納米粘土、石墨烯、ＭＸｅｎｅ等材料表面殘余??的官能團與水凝膠的聚合物鏈之間可以形成相互作用，具有很強力學(xué)性能的納米材料??與柔性的長分子鏈構(gòu)成了?“硬－軟”的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并最終達(dá)到提高水凝膠整體力學(xué)??性能的目的［５２］。使用納米材料作為交聯(lián)劑將減少純聚合物網(wǎng)絡(luò)中存在的致密交聯(lián)所施??加的限制。如圖１－２?（ａ）所示，通過使用無機粘土納米片作為錨定物在交聯(lián)時接枝聚合??物鏈，所得到的聚Ｎ－異丙基丙烯酰胺（ＰＮＩＰＡＭ）水凝膠網(wǎng)絡(luò)可拉伸至其原始長度的??１４００?％［５２］。這些粘土聚Ｎ－異丙基丙烯酰胺網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定接枝點歸因于粘土納米片的可??功能化表面。填充材料可提供附加功能，例如增強導(dǎo)電性或促進(jìn)組織再生。??（ｂ）Ｋｉｉｎ?翻??＇?＊?ｉ?Ｊ?Ｍ?Ｍ?＜３Ｑ?ＳＱＱＱ?Ｕ?Ｍ??（ｃ）??Ｊ?Ｃｘ?ＮＩＰＡ．?ＡＡｃＮａ．?ＡＰＳ，?ＴＥＭＥＤ．?ｗａｔｅｒ?＞?＾?ｒ?＇?＾?＾?＾?＾??Ｑ?茲絲?ＮＩＲ＾－ＡＡｃＮａ－ＨＰＲ－Ｃ?ｈｙｄｒｏｇｅｌ??ｃｔ－ＣＤ??圖１－２．水凝膠的增軔方式；（ａ）由均勻分散（剝落）的無機粘土和兩種主要類型的柔性聚合物鏈組成??的水凝膠的示意圖［５２］；?（ｂ）在海藻酸鈉－聚丙烯酰胺水凝膠中，兩種聚合物網(wǎng)絡(luò)相互交織，并通過??胺之間的共價交聯(lián)連接［５５］；?（ｃ）基于ａ－環(huán)糊精的水凝膠增靭［５４］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２．?Ｔｏｕｇｈｅｎｉｎｇ?ｏｆ?ｈｙｄｒｏｇｅｌｓ，?（ａ）?Ｓ

?北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文???原始粘度［５８］。這樣的可自修復(fù)水凝膠在止血敷料、血管內(nèi)栓塞、組織工程以及藥物和??基因傳遞方面具有很高的實用價值。??此外，還有利用含有相反電荷的聚合物鏈之間具有的靜電相互作用而制備的可自??修復(fù)水凝膠［５９］（圖１－３?（ｂ））。通過對電荷單體的無規(guī)共聚合成聚電解質(zhì)，可以自發(fā)形成??靜電鍵廣泛強度分布的水凝膠。在這種情況下，強靜電鍵作為半永久性的交聯(lián)點保持??著水凝膠的形狀，而在水凝膠受到外力時弱靜電鍵通過可逆的鍵斷裂和重構(gòu)耗散能??量，從而提高靭性并賦予其自修復(fù)性。??（ａ）?？?（ｂ）??擊ｖｗ參？＾??．一??／ｎ＼?／?Ｊ｜＼?＾?Ｃａｔｉｏｎｉｃｇｉｎｕ�。�?？?Ａｎｊｏｎｉｃｇｔｏｕｐ??Ｈｅａｉｔｘｊｏｆｆｔｙｄｒｏ＾ｍｉｏｗｐＨ?ＨｇｈｐＨ?〇ｕｉ?ｆｃ?ｒｔ．ｓｕｈ??曬?＿?＿?ｔ?？，豐戀－．氤??Ｐ．．．ｆｆ－ｌＭ??圖１－３．水凝膠的自修復(fù)機理；（ａ）基于納米粘土片的自愈合水凝膠［５８］；?（ｂ）具有不同強度離子鍵??的水凝膠示意圖，強鍵作為永久交聯(lián)點，弱鍵作為可逆的犧牲鍵，在變形時斷裂［５９］；?（ｃ）基于氫??鍵的自愈合水凝膠，在低ｐＨ下交錯氫鍵結(jié)構(gòu)可以自愈合，在高ｐＨ下，羧基去質(zhì)子化，導(dǎo)致相鄰??側(cè)鏈之間強烈的靜電排斥從而阻止愈合［６Ｇ］；?（ｄ）基于主客體結(jié)構(gòu)的自愈合水凝膠［６１］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３．?Ｓｅｌｆ－ｈｅａｌｉｎｇ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ｈｙｄｒｏｇｅｌｓ，?（ａ）?Ｓｅｌｆ－ｈｅａｌｉｎｇ?ｈｙｄｒｏｇｅｌｓ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?ｎａｎｏｃｌａｙ?ｓｈｅｅｔ，?（ｂ）??Ａｎ?ｉｌｌｕｓｔ


本文編號：3422616