琼脂基功能型导电水凝胶的构建与应用
发布时间：2021-06-20 13:52
功能型导电水凝胶在可穿戴设备、创口愈合及组织工程等领域有重要应用价值,以生物兼容性优异的琼脂糖（Agarose）为基质的凝胶材料具有较大实际应用价值,然而琼脂糖凝胶本身不具备导电、组织粘附、可拉伸、自修复等多功能性,且琼脂糖链分子呈刚性,导致凝胶的力学性能较弱,无法达到应用需求。为解决上述问题,本研究通过设计构建了基于银纳米线（Ag NWs）图案化的Agarose-Ag NWs导电水凝胶体系,以及基于甘油（Glycerol）、聚多巴胺（PDA）和单壁碳纳米管（CNTs）的Glycerol-PDA-CNTs@agarose导电凝胶体系,制备过程简单、条件温和,研究的主要结论如下:（1）在Agarose-Ag NWs导电水凝胶体系中,通过多元醇水热法,合成了具有高长径比的Ag NWs,其长度为50-100μm,直径为60-80 nm,尺寸均匀,稳定性好;通过掩模板法制备了Ag NWs导电图案,其电导率达到了4.1×10-4 S/cm,明显优于相同添加量下使用掺杂法制备的导电水凝胶的电导率;浇注热琼脂糖溶液,使溶液充分浸润Ag NWs,进行转印后成功得到表面带有Ag N...
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：49 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
经典的（a）双网络水凝胶、（b）互穿网络水凝胶、（c）纳米增强水凝胶和（d）拓扑型水凝胶的凝胶结构示意图
江南大学硕士学位论文4质差异，在这两个不同领域之间开发更兼容、更高效、更稳定的交联接口一直是科研领域中最艰巨的挑战之一[54,55]。导电水凝胶作为一种柔性导电材料，其与生物组织具有相似性，并且在电气和机械工程方面具有潜在的多功能性，这使得其成为了连接人体组织与电子元器件最理想的“桥梁”，进一步地，结合力学性能的调控，多功能型的导电水凝胶已成为下一代人机交互界面的首选材料[4]。图1-2可作为连接生物组织与电子元器件“桥梁”的导电水凝胶。Fig.1-2Conductivehydrogelsasaninterfacetobridgethegapbetweenbiologyandelectronics.银纳米线是一种长径比非常大的纳米线，除具有银优良的导电性之外，由于纳米级别的尺寸效应，还具有优异的透光性、耐曲挠性，因此它被视为是最有可能替代传统刚性电极的新型导电材料，为实现柔性、可弯折显示屏的制备提供了可能性。此外银纳米线还具备一定的抗菌效应，可以提升复合材料在长期使用过程中的稳定性。碳纳米管是一种常用的制备导电水凝胶的材料，它具有十分优异的力学性能，韧性好、抗拉伸能力强，所以将之作为无机导电添加物和水凝胶基质一起成胶，从而制备得到纳米增强的复合型水凝胶，不仅能赋予凝胶良好的导电性能，同时还能增加凝胶的力学强度。然而，由于碳纳米管具有高表面能，易在水中形成团聚，即发生所谓的缠结现象。这使得它在水溶液中分散性差，进而限制了其在凝胶中形成均匀连续的网络，因而会减弱碳纳米管复合水凝胶的导电性和力学性能。因此在水凝胶的制备过程中，要确保碳纳米管在水中能形成良好的分散。在国外，导电水凝胶的研究较早、体系更完整。斯坦福大学的鲍哲南团队在柔性仿生电子器件方面做了许多工作，他们利用导电聚合物和碳基纳米材料作为导电介质，以
纭＞咛宓兀?紫韧ü?ㄖ频难谀０逯?备出AgNWs导电图案，再浇注热的琼脂糖溶液，保证溶液能充分浸润AgNWs，当琼脂糖形成凝胶后与掩模板剥离，在此过程中实现AgNWs转印到琼脂糖表面，之后再对表面的AgNWs导电图案进行红外辐射热处理，控制红外辐射的功率、处理距离和时间，使琼脂糖表层发生sol-gel转换，在此过程中实现AgNWs部分嵌入琼脂糖凝胶表层，从而得到导电性优异、稳定性良好的Agarose-AgNWs导电水凝胶。整个过程方法简单，条件温和，制备得到的导电水凝胶具有很好的生物兼容性，但力学性能较弱，仅具有二维导电性。图1-3Agarose-AgNWs导电水凝胶制备示意图。Fig.1-3SchematicillustrationofpreparationofAgarose-AgNWsconductivehydrogel.1.3.2Glycerol-PDA-CNTs@agarose导电凝胶的设计思路构建完成上述体系后，我们发现凝胶在实际应用过程中需要使用胶带进行固定，且凝胶
本文编号：3239320
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：49 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
经典的（a）双网络水凝胶、（b）互穿网络水凝胶、（c）纳米增强水凝胶和（d）拓扑型水凝胶的凝胶结构示意图
江南大学硕士学位论文4质差异，在这两个不同领域之间开发更兼容、更高效、更稳定的交联接口一直是科研领域中最艰巨的挑战之一[54,55]。导电水凝胶作为一种柔性导电材料，其与生物组织具有相似性，并且在电气和机械工程方面具有潜在的多功能性，这使得其成为了连接人体组织与电子元器件最理想的“桥梁”，进一步地，结合力学性能的调控，多功能型的导电水凝胶已成为下一代人机交互界面的首选材料[4]。图1-2可作为连接生物组织与电子元器件“桥梁”的导电水凝胶。Fig.1-2Conductivehydrogelsasaninterfacetobridgethegapbetweenbiologyandelectronics.银纳米线是一种长径比非常大的纳米线，除具有银优良的导电性之外，由于纳米级别的尺寸效应，还具有优异的透光性、耐曲挠性，因此它被视为是最有可能替代传统刚性电极的新型导电材料，为实现柔性、可弯折显示屏的制备提供了可能性。此外银纳米线还具备一定的抗菌效应，可以提升复合材料在长期使用过程中的稳定性。碳纳米管是一种常用的制备导电水凝胶的材料，它具有十分优异的力学性能，韧性好、抗拉伸能力强，所以将之作为无机导电添加物和水凝胶基质一起成胶，从而制备得到纳米增强的复合型水凝胶，不仅能赋予凝胶良好的导电性能，同时还能增加凝胶的力学强度。然而，由于碳纳米管具有高表面能，易在水中形成团聚，即发生所谓的缠结现象。这使得它在水溶液中分散性差，进而限制了其在凝胶中形成均匀连续的网络，因而会减弱碳纳米管复合水凝胶的导电性和力学性能。因此在水凝胶的制备过程中，要确保碳纳米管在水中能形成良好的分散。在国外，导电水凝胶的研究较早、体系更完整。斯坦福大学的鲍哲南团队在柔性仿生电子器件方面做了许多工作，他们利用导电聚合物和碳基纳米材料作为导电介质，以
纭＞咛宓兀?紫韧ü?ㄖ频难谀０逯?备出AgNWs导电图案，再浇注热的琼脂糖溶液，保证溶液能充分浸润AgNWs，当琼脂糖形成凝胶后与掩模板剥离，在此过程中实现AgNWs转印到琼脂糖表面，之后再对表面的AgNWs导电图案进行红外辐射热处理，控制红外辐射的功率、处理距离和时间，使琼脂糖表层发生sol-gel转换，在此过程中实现AgNWs部分嵌入琼脂糖凝胶表层，从而得到导电性优异、稳定性良好的Agarose-AgNWs导电水凝胶。整个过程方法简单，条件温和，制备得到的导电水凝胶具有很好的生物兼容性，但力学性能较弱，仅具有二维导电性。图1-3Agarose-AgNWs导电水凝胶制备示意图。Fig.1-3SchematicillustrationofpreparationofAgarose-AgNWsconductivehydrogel.1.3.2Glycerol-PDA-CNTs@agarose导电凝胶的设计思路构建完成上述体系后，我们发现凝胶在实际应用过程中需要使用胶带进行固定，且凝胶
本文编号：3239320
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