聚丙烯酰胺基复合水凝胶的制备及双信号传感性能研究
发布时间：2021-07-24 22:45
近年来,水凝胶因其良好柔韧性、可调控的机械性能及导电性等特点,在人机界面、电子皮肤等领域得到广泛应用,其中具有多信号传感性能的水凝胶电子皮肤受到了广泛关注。本文以丙烯酰胺为单体,以具有热致体积可逆的单体N-异丙基丙烯酰胺及具有抗菌性能的天然高分子壳聚糖为复合对象,通过化学与物理交联法制备了具有三重网络和双重网络的多功能水凝胶电子皮肤。采用FTIR、SEM等方法对水凝胶进行了表征,并对水凝胶电子皮肤进行了溶胀性能、机械性能、导电敏感性及压力-温度双信号监控性能等相关测试。首先,以丙烯酰胺为单体,与具有热致体积转变的单体N-异丙基丙烯酰胺复合,将热敏水凝胶温敏点成功调控至接近人体温度,同时以聚乙烯醇-氧化石墨烯和Fe3+交联的聚丙烯酸双物理网络水凝胶作为填充网络,成功制备了多功能三网络离子导电水凝胶。FTIR测试表明三重网络成功复合且网络之间无相互干扰,机械性能试验表明三重网络的复合提高了水凝胶的机械耐受性,同时,离子及氧化石墨烯的引入赋予了水凝胶良好的导电性。其次,以丙烯酰胺为单体,与具有优异抗菌性能的天然高分子壳聚糖复合,采用一锅法制备了多功能双网络离子导电有机水凝胶。在丙烯酰胺进行自...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
理想的压电产生机制：（a）基于多孔聚丙烯的压电传感器的横截面扫描电镜图像；（b）
弹性材料与导电介质的复合进行器件设计，其中海绵因具有简单易得、弹性伸缩速率快、表面修饰较为方便而受到关注。Zhang等将碳纳米管@银纳米颗粒（CNTs@AgNPs）通过浸沾法锚定在三聚氰胺海绵表面，生产出一种可循环2000次而不产生应变损失的压阻传感器[34]。同时，聚氨酯海绵因其表面易修饰性在压阻应变传感器领域引起关注。Sung-NamKwon等将石墨烯纳米片（GNPS）、银纳米粒子（AgNPs）和聚氨酯的纳米复合材料进行3D打印制备成压阻传感器，能检测160%以上的拉伸应变，且在500个周期内具有快速的响应时间和良好的稳定性[35]。图1-2MXene@CS@PU海绵传感器制作工艺示意图及压阻信号产生示意图[36]Li等用壳聚糖（CS）处理聚氨酯（PU）海绵的骨架，制备出带正电的CS@聚氨酯海绵，然后对带负电荷的Ti3C2TxMXene片材进行浸渍涂覆，制备出柔性压阻式压力传感器。利用相同的表面修饰理念，金属纳米颗粒或纳米线及其导电化纤维复合物同样被引入弹性聚氨酯体系[36]。此外，疏水性弹性体聚二甲基硅氧烷被通过与导电介质的复合或在其表面进行修饰，已在压阻应变传感器领域占据较为重要的位置。而目前压阻传感器的主要开发趋势集中在超轻无感可穿戴领域，这就激发了大量以气凝胶为主要材料的压阻传感器器件的开发。Wu等制备了1H、1H、2H、2H-全氟辛基三乙氧基硅烷（FAS）改性的还原石墨烯@碳纳米管/壳聚糖（F-RGO-CNTs/CS）气凝胶作为压阻型压力传感器，并研究了其导电敏感性及超疏水性，成功拓展了压阻型应变传感器的可适用环境[37]。Zhong等提出了一种用氯化锌调节结构的冷冻干燥后退火法制备皱纹石墨烯泡沫材料的方法。组装了一种基于褶皱石墨烯泡沫的压阻型压力传感器。此压阻型传感器具有可靠的稳定性（>105个周期）、超快响应（150ms）和恢复时间（120ms）。?
s）的压容型传感器[43]。除此之外，水凝胶被发现可以用作柔性压容型传感器的开发。Suo等首次报道了以溶胀了盐水的水凝胶薄片为电极，以介电弹性体薄膜为中间层，制备了电容式压力传感器，用作扬声器开发[44]。Yin等人在聚丙烯酸和CaCl2水溶液中通过丙烯酰胺单体的光聚合制备聚丙烯酰胺水凝胶介电层，然后在氧化铟锡电极上原位微图案化，电容灵敏度比传统电容式压力传感器高100倍以上，只是非柔性传感器[45]。经过复杂的设计，HemantCharaya等设计出具有热致变色和压容双功能的传感器件，实现了电容式传感器的多功能化[46]。图1-3电容式薄膜传感器布局47电容式传感器的设计及制备过程十分复杂，且弹性限度受到介电材料的极大限
【参考文献】：
期刊论文
[1]现代传感器发展方向[J]. 孙圣和. 电子测量与仪器学报. 2009(01)
本文编号：3301580
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
理想的压电产生机制：（a）基于多孔聚丙烯的压电传感器的横截面扫描电镜图像；（b）
弹性材料与导电介质的复合进行器件设计，其中海绵因具有简单易得、弹性伸缩速率快、表面修饰较为方便而受到关注。Zhang等将碳纳米管@银纳米颗粒（CNTs@AgNPs）通过浸沾法锚定在三聚氰胺海绵表面，生产出一种可循环2000次而不产生应变损失的压阻传感器[34]。同时，聚氨酯海绵因其表面易修饰性在压阻应变传感器领域引起关注。Sung-NamKwon等将石墨烯纳米片（GNPS）、银纳米粒子（AgNPs）和聚氨酯的纳米复合材料进行3D打印制备成压阻传感器，能检测160%以上的拉伸应变，且在500个周期内具有快速的响应时间和良好的稳定性[35]。图1-2MXene@CS@PU海绵传感器制作工艺示意图及压阻信号产生示意图[36]Li等用壳聚糖（CS）处理聚氨酯（PU）海绵的骨架，制备出带正电的CS@聚氨酯海绵，然后对带负电荷的Ti3C2TxMXene片材进行浸渍涂覆，制备出柔性压阻式压力传感器。利用相同的表面修饰理念，金属纳米颗粒或纳米线及其导电化纤维复合物同样被引入弹性聚氨酯体系[36]。此外，疏水性弹性体聚二甲基硅氧烷被通过与导电介质的复合或在其表面进行修饰，已在压阻应变传感器领域占据较为重要的位置。而目前压阻传感器的主要开发趋势集中在超轻无感可穿戴领域，这就激发了大量以气凝胶为主要材料的压阻传感器器件的开发。Wu等制备了1H、1H、2H、2H-全氟辛基三乙氧基硅烷（FAS）改性的还原石墨烯@碳纳米管/壳聚糖（F-RGO-CNTs/CS）气凝胶作为压阻型压力传感器，并研究了其导电敏感性及超疏水性，成功拓展了压阻型应变传感器的可适用环境[37]。Zhong等提出了一种用氯化锌调节结构的冷冻干燥后退火法制备皱纹石墨烯泡沫材料的方法。组装了一种基于褶皱石墨烯泡沫的压阻型压力传感器。此压阻型传感器具有可靠的稳定性（>105个周期）、超快响应（150ms）和恢复时间（120ms）。?
s）的压容型传感器[43]。除此之外，水凝胶被发现可以用作柔性压容型传感器的开发。Suo等首次报道了以溶胀了盐水的水凝胶薄片为电极，以介电弹性体薄膜为中间层，制备了电容式压力传感器，用作扬声器开发[44]。Yin等人在聚丙烯酸和CaCl2水溶液中通过丙烯酰胺单体的光聚合制备聚丙烯酰胺水凝胶介电层，然后在氧化铟锡电极上原位微图案化，电容灵敏度比传统电容式压力传感器高100倍以上，只是非柔性传感器[45]。经过复杂的设计，HemantCharaya等设计出具有热致变色和压容双功能的传感器件，实现了电容式传感器的多功能化[46]。图1-3电容式薄膜传感器布局47电容式传感器的设计及制备过程十分复杂，且弹性限度受到介电材料的极大限
【参考文献】：
期刊论文
[1]现代传感器发展方向[J]. 孙圣和. 电子测量与仪器学报. 2009(01)
本文编号：3301580
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/boshibiyelunwen/3301580.html
