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多功能水凝胶的制备及其在应变传感器中的应用

发布时间:2020-07-02 23:13
【摘要】:柔性传感器是可监测应变、压力、气体等信号变化的电子器件,可以用在人机交互、健康监测、智能传感等领域。近年来水凝胶等软材料在柔性传感器的应用中具有突出表现。以二维碳材料为导电介质的电子型水凝胶导体因具有不透明性、生物不相容性、低柔性及大应变下的低灵敏性等缺点其应用受到了限制。以导电离子为代表的离子型水凝胶导体能够实现透明性、高灵敏性和大伸长等性质,且具有自愈合及自粘附等功能性性质的离子水凝胶在制备柔性传感器方面具有更加明显的优势。本论文主要制备了两种功能性水凝胶并研究了其作为柔性传感器的性能表现。(1)利用海藻酸钠(Sodium Alginate,SA)、单宁酸(Tannic,TA)和丙烯酰胺(Acrylamide,AM)制备了仿贻贝多功能水凝胶。基于三组分间的多重弱键和协同效应,仿贻贝多功能水凝胶具有超伸展性(应变4000%)、高弹性(恢复率90%)、良好的自愈性(愈合时间2 h,愈合率96%)、生物相容性以及超强的粘附性,对各种有机无机表面具有较强的粘附能力(15-46 kPa),并且实现了水下粘附(10-20 kPa)。此水凝胶应变传感器具有较大的应变检测范围(0.05-2100%)和较高的灵敏度(GF=9)。在小应变(200%)下GF≈2,接近离子水凝胶传感器的理论值。最低工作电压可低至0.07V。该传感器可实时监测人体四肢运动等较大幅度运动和脉搏心跳等微小运动,在健康监测、智能可穿戴设备和软机器人中具有很大的潜在应用。(2)为构建可同时实现优异的力学性能和良好的自愈合性质的水凝胶,通过两步法利用SA、硼酸盐(Borax)和AM制备了自愈合双网络水凝胶。此双网络水凝胶具备良好透明性、高强高韧、超长断裂伸长率等力学性能,因体系中动态硼酸酯键的断裂与重建,该水凝胶还具有良好的自愈合性质,克服了当下水凝胶力学性能与自愈性质不可兼备的困难。作为应变传感器,可快速准确地监测手指等四肢运动及脸部微运动。作为压力传感器,可区分人体运动前后的心跳变化和声带振动发声,表现出较高的灵敏度、快速响应性和导电稳定性,为制备人工皮肤、可穿戴智能设备用于人体健康监测和疾病诊断等提供了可能性。
【学位授予单位】:青岛大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TP212;TQ427.26

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3 徐e

本文编号:2738808


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