可粘接水凝胶的制备及其在柔性应变传感器中的应用
发布时间：2021-07-08 09:47
作为一种新型的功能材料,可粘接水凝胶由于同时具备粘接性和水凝胶良好的离子传输能力,引起人们的广泛关注,成为构筑柔性电子器件的理想候选材料之一。然而,目前针对可粘接水凝胶的制备仍存在制备过程复杂、成本高等问题。光接枝技术是一种快速、绿色的表面改性方法,其操作简单,可以在不改变材料本体性质的基础上赋予材料新的表面性能。本研究基于Type Ⅱ光引发剂引发机理,即光引发剂夺取氢供体上的氢,使得氢供体成为自由基引发中心,而引发剂自身不具备引发功能,从而使得引发聚合的高分子最终从氢供体上接枝生长。因此,在水凝胶基体中引入含有氢供体的高分子网络,即可实现在水凝胶表面接枝目标高分子,从而赋予水凝胶需要的性能。由于含有胺基的化合物是良好的氢供体之一,本课题以选用含有氨基官能团的水凝胶作为本体水凝胶,通过TypeⅡ光引发机理在水凝胶表面接枝并引入可粘接层。本课题选择以甲基丙烯酸2-（二甲氨基）乙酯（DMAEMA）和丙烯酰胺（Am）制备的水凝胶为例。首先通过自由基光聚合合成含有氨基的水凝胶,然后根据夺氢型光引发剂的机理,分别在水凝胶的表面接枝丙烯酸异辛酯（2-EHA）和丙烯酸丁酯（BA）。由于光的穿透能力较...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?（Ａ）附着在商业ＰＴＦＥ上的贻贝照片；（Ｂ）?Ｍｅｆｐ－５的界面位置示意图；（Ｃ）特征胺??和儿茶酚基团的简化分子表示；（Ｄ）?Ｍｅｆｐ－５的氨基酸序列；（Ｅ）多巴胺包含在Ｍｅｆｐ－５中发现的??胺和儿茶酚官能团，被用作聚合物涂料的分子构件??－
?第一章绪论???ｔ?．?．?ＨＯ?ＯＨ?＾??卜文ｆＣＨ５－又Ｗ?〇Ｈ??。４糾?一??Ｈ０?０Ｈ??图１－４．贻贝胶粘剂由含ＤＯＰＡ的蛋白质组成??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４．?Ｍｕｓｓｅｌ?ａｄｈｅｓｉｖｅ?ｉｓ?ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ?ｏｆ?ＤＯＰＡ－ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ?ｐｒｏｔｅｉｎｓ??１．１．１．２基于微观结构的可粘接水凝胶的制备??最近，在将水凝胶不可逆地牢固结合到各种合成表面和生物表面上，己经取得了??显着进展，表明化学键合或界面的物理联锁以及大量的能量耗散对于水凝胶的牢固结??合至关重要［２８，２９］。实现软材料快速，牢固和可逆的粘附需要解决多尺度和多因素问题，??涉及流体力学、软物质力学、材料科学和表面化学等［３Ｇ］。首先，两个相互接近的表面??之间存在空气，在相互接触时必须将其排出，然而在实际过程中，这个排出空气的过??程会花费掉大量的时间［３１］。其次，对于水凝胶这类含有亲水性聚合物链的材料来说，??拥有很强的水合能力，这在热力学上有利于形成水膜，水膜的形成通常会阻碍在水凝??胶界面的分子桥接。??ＲａｏＰｌ等人为了解决在凝胶基质界面处的快速排水，实现水凝胶的水下粘附，分??析了对水下各种表面具有快速且可逆附着力的粘鱼。粘鱼的粘盘具有许多由相互连接??的凹槽隔开的六边形（图ｌ－５ａ），被认为可以提高排水速度。受粘鱼的启发，设计了??一种具有许多被相互连接的凹槽分开的六角形小面的凝胶表面（图ｌ－５ｂ）。这种相互??连接的表面凹槽不仅可作为在水下接触时快速排水的通道（图ｌ－５ｃ），防止积水，而??且还能延迟分离过程中裂纹的传播。具体来说，不连续的接触图案导致接触的独立分??离，这需要针对
?第一章绪论???ｈ＿［Ｖ??〇?＾?＾??ｍｍ??图１－６．?（ａ）电泳显示粘附的阳离子和阴离子凝胶皱纹形成的示意图；（ｂ）宏观和（ｃ）显??微镜观察粘附的凝胶界面（比例尺为１０?ｐｍ）??Ｆｉｇｕｒｅ?１－６．?（ａ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｗｒｉｎｋｌｅ?ｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｏｆ?ａｄｈｅｒｅｄ?ｃａｔｉｏｎｉｃ?ａｎｄ?ａｎｉｏｎｉｃ?ｇｅｌｓ??ｂｙ?ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ，?（ｂ）?Ｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃ?ａｎｄ?（?ｃ?）?ｐｈａｓｅ－ｃｏｎｔｒａｓｔ?ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ?ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ?ｏｆ?ａｄｈｅｒｅｄ?ｇｅｌ??ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ．?Ｔｈｅ?ｓｃａｌｅ?ｂａｒ?ｉｓ?１０?［ｉｍ??１．１．１．３其他方法制备自粘附水凝胶??实现对软组织的显著粘附水平目前来讲是相当大的挑战，尤其是在湿的组织中??［３４］。化学粘合剂（如氰基丙烯酸酯）通过放热共价交联反应牢固地粘附在组织上。但??是，这些胶粘剂通常固化得太快或太慢，并释放出有毒的降解产物（例如甲醛），导??致强烈的炎症反应［３５］。当前普遍使用的是基于机械固定的金标准缝合线和订书钉，但??是由于每次缝合线穿刺前必须对组织进行操作，因此它们的放置会延长手术时间。??ＳｅｕｎｇＹｕｎＹａｎｇ［３６］受内寄生虫棘头虫的启发（他靠隆起的嘆附着在宿主的肠壁上），开??发了一种双相微针阵列，该微针阵列通过可溶胀的微针头与组织机械地互锁，在皮肤??移植固定中，与常规粘合剂相比，其粘合强度增加了?３．５倍。并且从肠粘膜组织中去??除时的力为４．５?Ｎ？?ｃｕｒ２。圆锥形微针由两部分组成，一部分是聚（苯乙烯
本文编号：3271333
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?（Ａ）附着在商业ＰＴＦＥ上的贻贝照片；（Ｂ）?Ｍｅｆｐ－５的界面位置示意图；（Ｃ）特征胺??和儿茶酚基团的简化分子表示；（Ｄ）?Ｍｅｆｐ－５的氨基酸序列；（Ｅ）多巴胺包含在Ｍｅｆｐ－５中发现的??胺和儿茶酚官能团，被用作聚合物涂料的分子构件??－
?第一章绪论???ｔ?．?．?ＨＯ?ＯＨ?＾??卜文ｆＣＨ５－又Ｗ?〇Ｈ??。４糾?一??Ｈ０?０Ｈ??图１－４．贻贝胶粘剂由含ＤＯＰＡ的蛋白质组成??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４．?Ｍｕｓｓｅｌ?ａｄｈｅｓｉｖｅ?ｉｓ?ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ?ｏｆ?ＤＯＰＡ－ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ?ｐｒｏｔｅｉｎｓ??１．１．１．２基于微观结构的可粘接水凝胶的制备??最近，在将水凝胶不可逆地牢固结合到各种合成表面和生物表面上，己经取得了??显着进展，表明化学键合或界面的物理联锁以及大量的能量耗散对于水凝胶的牢固结??合至关重要［２８，２９］。实现软材料快速，牢固和可逆的粘附需要解决多尺度和多因素问题，??涉及流体力学、软物质力学、材料科学和表面化学等［３Ｇ］。首先，两个相互接近的表面??之间存在空气，在相互接触时必须将其排出，然而在实际过程中，这个排出空气的过??程会花费掉大量的时间［３１］。其次，对于水凝胶这类含有亲水性聚合物链的材料来说，??拥有很强的水合能力，这在热力学上有利于形成水膜，水膜的形成通常会阻碍在水凝??胶界面的分子桥接。??ＲａｏＰｌ等人为了解决在凝胶基质界面处的快速排水，实现水凝胶的水下粘附，分??析了对水下各种表面具有快速且可逆附着力的粘鱼。粘鱼的粘盘具有许多由相互连接??的凹槽隔开的六边形（图ｌ－５ａ），被认为可以提高排水速度。受粘鱼的启发，设计了??一种具有许多被相互连接的凹槽分开的六角形小面的凝胶表面（图ｌ－５ｂ）。这种相互??连接的表面凹槽不仅可作为在水下接触时快速排水的通道（图ｌ－５ｃ），防止积水，而??且还能延迟分离过程中裂纹的传播。具体来说，不连续的接触图案导致接触的独立分??离，这需要针对
?第一章绪论???ｈ＿［Ｖ??〇?＾?＾??ｍｍ??图１－６．?（ａ）电泳显示粘附的阳离子和阴离子凝胶皱纹形成的示意图；（ｂ）宏观和（ｃ）显??微镜观察粘附的凝胶界面（比例尺为１０?ｐｍ）??Ｆｉｇｕｒｅ?１－６．?（ａ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｗｒｉｎｋｌｅ?ｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｏｆ?ａｄｈｅｒｅｄ?ｃａｔｉｏｎｉｃ?ａｎｄ?ａｎｉｏｎｉｃ?ｇｅｌｓ??ｂｙ?ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ，?（ｂ）?Ｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃ?ａｎｄ?（?ｃ?）?ｐｈａｓｅ－ｃｏｎｔｒａｓｔ?ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ?ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ?ｏｆ?ａｄｈｅｒｅｄ?ｇｅｌ??ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ．?Ｔｈｅ?ｓｃａｌｅ?ｂａｒ?ｉｓ?１０?［ｉｍ??１．１．１．３其他方法制备自粘附水凝胶??实现对软组织的显著粘附水平目前来讲是相当大的挑战，尤其是在湿的组织中??［３４］。化学粘合剂（如氰基丙烯酸酯）通过放热共价交联反应牢固地粘附在组织上。但??是，这些胶粘剂通常固化得太快或太慢，并释放出有毒的降解产物（例如甲醛），导??致强烈的炎症反应［３５］。当前普遍使用的是基于机械固定的金标准缝合线和订书钉，但??是由于每次缝合线穿刺前必须对组织进行操作，因此它们的放置会延长手术时间。??ＳｅｕｎｇＹｕｎＹａｎｇ［３６］受内寄生虫棘头虫的启发（他靠隆起的嘆附着在宿主的肠壁上），开??发了一种双相微针阵列，该微针阵列通过可溶胀的微针头与组织机械地互锁，在皮肤??移植固定中，与常规粘合剂相比，其粘合强度增加了?３．５倍。并且从肠粘膜组织中去??除时的力为４．５?Ｎ？?ｃｕｒ２。圆锥形微针由两部分组成，一部分是聚（苯乙烯
本文编号：3271333
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