近年來,水凝膠因其良好柔韌性、可調(diào)控的機(jī)械性能及導(dǎo)電性等特點(diǎn),在人機(jī)界面、電子皮膚等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,其中具有多信號傳感性能的水凝膠電子皮膚受到了廣泛關(guān)注。本文以丙烯酰胺為單體,以具有熱致體積可逆的單體N-異丙基丙烯酰胺及具有抗菌性能的天然高分子殼聚糖為復(fù)合對象,通過化學(xué)與物理交聯(lián)法制備了具有三重網(wǎng)絡(luò)和雙重網(wǎng)絡(luò)的多功能水凝膠電子皮膚。采用FTIR、SEM等方法對水凝膠進(jìn)行了表征,并對水凝膠電子皮膚進(jìn)行了溶脹性能、機(jī)械性能、導(dǎo)電敏感性及壓力-溫度雙信號監(jiān)控性能等相關(guān)測試。首先,以丙烯酰胺為單體,與具有熱致體積轉(zhuǎn)變的單體N-異丙基丙烯酰胺復(fù)合,將熱敏水凝膠溫敏點(diǎn)成功調(diào)控至接近人體溫度,同時以聚乙烯醇-氧化石墨烯和Fe3+交聯(lián)的聚丙烯酸雙物理網(wǎng)絡(luò)水凝膠作為填充網(wǎng)絡(luò),成功制備了多功能三網(wǎng)絡(luò)離子導(dǎo)電水凝膠。FTIR測試表明三重網(wǎng)絡(luò)成功復(fù)合且網(wǎng)絡(luò)之間無相互干擾,機(jī)械性能試驗(yàn)表明三重網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合提高了水凝膠的機(jī)械耐受性,同時,離子及氧化石墨烯的引入賦予了水凝膠良好的導(dǎo)電性。其次,以丙烯酰胺為單體,與具有優(yōu)異抗菌性能的天然高分子殼聚糖復(fù)合,采用一鍋法制備了多功能雙網(wǎng)絡(luò)離子導(dǎo)電有機(jī)水凝膠。在丙烯酰胺進(jìn)行自... 

【文章來源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

理想的壓電產(chǎn)生機(jī)制：（a）基于多孔聚丙烯的壓電傳感器的橫截面掃描電鏡圖像；（b）

彈性材料與導(dǎo)電介質(zhì)的復(fù)合進(jìn)行器件設(shè)計(jì)，其中海綿因具有簡單易得、彈性伸縮速率快、表面修飾較為方便而受到關(guān)注。Zhang等將碳納米管@銀納米顆粒（CNTs@AgNPs）通過浸沾法錨定在三聚氰胺海綿表面，生產(chǎn)出一種可循環(huán)2000次而不產(chǎn)生應(yīng)變損失的壓阻傳感器[34]。同時，聚氨酯海綿因其表面易修飾性在壓阻應(yīng)變傳感器領(lǐng)域引起關(guān)注。Sung-NamKwon等將石墨烯納米片（GNPS）、銀納米粒子（AgNPs）和聚氨酯的納米復(fù)合材料進(jìn)行3D打印制備成壓阻傳感器，能檢測160%以上的拉伸應(yīng)變，且在500個周期內(nèi)具有快速的響應(yīng)時間和良好的穩(wěn)定性[35]。圖1-2MXene@CS@PU海綿傳感器制作工藝示意圖及壓阻信號產(chǎn)生示意圖[36]Li等用殼聚糖（CS）處理聚氨酯（PU）海綿的骨架，制備出帶正電的CS@聚氨酯海綿，然后對帶負(fù)電荷的Ti3C2TxMXene片材進(jìn)行浸漬涂覆，制備出柔性壓阻式壓力傳感器。利用相同的表面修飾理念，金屬納米顆�；蚣{米線及其導(dǎo)電化纖維復(fù)合物同樣被引入彈性聚氨酯體系[36]。此外，疏水性彈性體聚二甲基硅氧烷被通過與導(dǎo)電介質(zhì)的復(fù)合或在其表面進(jìn)行修飾，已在壓阻應(yīng)變傳感器領(lǐng)域占據(jù)較為重要的位置。而目前壓阻傳感器的主要開發(fā)趨勢集中在超輕無感可穿戴領(lǐng)域，這就激發(fā)了大量以氣凝膠為主要材料的壓阻傳感器器件的開發(fā)。Wu等制備了1H、1H、2H、2H-全氟辛基三乙氧基硅烷（FAS）改性的還原石墨烯@碳納米管/殼聚糖（F-RGO-CNTs/CS）氣凝膠作為壓阻型壓力傳感器，并研究了其導(dǎo)電敏感性及超疏水性，成功拓展了壓阻型應(yīng)變傳感器的可適用環(huán)境[37]。Zhong等提出了一種用氯化鋅調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的冷凍干燥后退火法制備皺紋石墨烯泡沫材料的方法。組裝了一種基于褶皺石墨烯泡沫的壓阻型壓力傳感器。此壓阻型傳感器具有可靠的穩(wěn)定性（>105個周期）、超快響應(yīng)（150ms）和恢復(fù)時間（120ms）。?

s）的壓容型傳感器[43]。除此之外，水凝膠被發(fā)現(xiàn)可以用作柔性壓容型傳感器的開發(fā)。Suo等首次報道了以溶脹了鹽水的水凝膠薄片為電極，以介電彈性體薄膜為中間層，制備了電容式壓力傳感器，用作揚(yáng)聲器開發(fā)[44]。Yin等人在聚丙烯酸和CaCl2水溶液中通過丙烯酰胺單體的光聚合制備聚丙烯酰胺水凝膠介電層，然后在氧化銦錫電極上原位微圖案化，電容靈敏度比傳統(tǒng)電容式壓力傳感器高100倍以上，只是非柔性傳感器[45]。經(jīng)過復(fù)雜的設(shè)計(jì)，HemantCharaya等設(shè)計(jì)出具有熱致變色和壓容雙功能的傳感器件，實(shí)現(xiàn)了電容式傳感器的多功能化[46]。圖1-3電容式薄膜傳感器布局47電容式傳感器的設(shè)計(jì)及制備過程十分復(fù)雜，且彈性限度受到介電材料的極大限

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]現(xiàn)代傳感器發(fā)展方向[J]. 孫圣和.  電子測量與儀器學(xué)報. 2009(01)



本文編號：3301580