【摘 要】
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近年来,随着智能科技的不断发展和进步,人们愈发重视自身生理健康,检测人体运动的各种智能可穿戴设备,如监测脉搏跳动、心率、呼吸等智能设备在市场占比越来越高。水凝胶作为一种柔软材料,其结构与生物组织相类似,兼具柔性、可拉伸以及良好的生物相容性。因此,水凝胶在智能穿戴设备领域有巨大应用潜力。然而,传统的水凝胶具备性能单一的缺陷,无法满足功能日益复杂的可穿戴设备材料需求。因此,本文开发了两种基于疏水缔合、
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近年来,随着智能科技的不断发展和进步,人们愈发重视自身生理健康,检测人体运动的各种智能可穿戴设备,如监测脉搏跳动、心率、呼吸等智能设备在市场占比越来越高。水凝胶作为一种柔软材料,其结构与生物组织相类似,兼具柔性、可拉伸以及良好的生物相容性。因此,水凝胶在智能穿戴设备领域有巨大应用潜力。然而,传统的水凝胶具备性能单一的缺陷,无法满足功能日益复杂的可穿戴设备材料需求。因此,本文开发了两种基于疏水缔合、离子配位作用双网络水凝胶,该类水凝胶兼具自修复、自粘性以及导电性功能,并探讨了其在柔性传感器领域的应用,具体内容如下:在第二章中,首先通过阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)与疏水单体甲基丙烯酸月桂酯(LMA)形成胶束,然后与亲水单体丙烯酸(AAc)自由基聚合形成疏水缔合型水凝胶。通过调整SDS含量,水凝胶的断裂伸长率达到2088%,断裂强度283.5k Pa,在50℃下修复24 h自修复效率可达93.8%。其次,通过浸泡电解质溶液的方法往水凝胶中引入Fe(III),Fe(III)的引入增强了水凝胶机械性能,断裂强度高达841.5 k Pa,自修复效率仍然在50%以上,并赋予了水凝胶优异的导电性。基于该水凝胶的应变传感器在0~200%至200~500%以及500~900%的宽应变范围内显示出高灵敏度(GF分别为0.53、1.23、2.09),并且经过多次循环加载-卸载的测试下依然保持着快速响应性和良好的稳定性。此外,通过调整SDS用量可得单面粘附水凝胶,单面粘附的性质能够有效降低运动产生的噪音,使得监测细微运动的信号更精确。在第三章中,以阳离子表面活性剂十六烷基溴化铵(CTAB)与疏水单体LMA形成胶束,通过与丙烯酸自由基共聚合形成疏水缔合水凝胶。CTAB能够与聚丙烯酸(PAA)链上带负电的羧基形成强的静电作用,水凝胶最高断裂应力、断裂伸长率达到402.5 k Pa、1296%。此外,该水凝胶在室温下修复24 h,其自修复效率达到90%;通过在断面涂抹CTAB溶液的方式,体系可达到完全自修复的效果。后续通过引入Fe(III)与PAA长链形成离子配位作用,构建第二交联网络,从而明显提高体系的机械性能以及抗疲劳性能,裂强度可达880.5 k Pa、断裂伸长率为1173%,自修复效率在43%以上;水凝胶经过50次循环拉伸依然保持尺寸稳定。Fe(III)的引入还赋予了水凝胶优异的导电性,基于该水凝胶的应变传感器在0~300%以及300~600%的宽应变范围内显示出高灵敏度(GF分别为0.49、0.93),并且在多次循环加载-卸载的测试下依然保持着快速响应和良好的稳定性。
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