【摘 要】
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导电双网络水凝胶是一种具有优异的力学性能、良好导电性和应变灵敏性的柔性材料,在可穿戴传感器、人体健康监测、柔性机器人和纳米发电机等领域受到研究者们的青睐。然而,导电双网络水凝胶的发展仍然面临缺乏良好的粘附性和快速自恢复性、不能兼具高机械强度和导电性以及生物相容性差等问题。针对上述不足,本论文设计合成出了两种高强韧物-物交联的导电双网络水凝胶(κ-CG-K+/p HEAA水凝胶和BSA-MA-PPy
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导电双网络水凝胶是一种具有优异的力学性能、良好导电性和应变灵敏性的柔性材料,在可穿戴传感器、人体健康监测、柔性机器人和纳米发电机等领域受到研究者们的青睐。然而,导电双网络水凝胶的发展仍然面临缺乏良好的粘附性和快速自恢复性、不能兼具高机械强度和导电性以及生物相容性差等问题。针对上述不足,本论文设计合成出了两种高强韧物-物交联的导电双网络水凝胶(κ-CG-K+/p HEAA水凝胶和BSA-MA-PPy/P（AM-co-AA）/Fe3+水凝胶),并且探究了它们在柔性传感器中的应用。具体地讲,本论文的研究内容包括以下两个方面:（1）物-物交联κ-CG-K+/p HEAA导电双网络水凝胶的制备及应变传感器研究以κ-卡拉胶（κ-CG）为第一网络和聚N-羟乙基丙烯酰胺为第二网络,采用“一锅法”合成了一种高强韧和强粘附的物-物交联κ-CG-K+/p HEAA导电双网络水凝胶,并将其应用于应变传感器来监测人体活动。在最优配比条件下(m CG=200 mg,CK+=6 wt%,m HEAA=5.0g),合成的水凝胶具有较强的机械性能（拉伸强度为2.02 MPa、拉伸应变为1181%和弹性模量为0.79 MPa）、优异的恢复性和自愈性。由于网络中的大量的羟基和酰胺基团,该水凝胶在各种基底表面上展现了优异的粘附性,其在钛板上的界面韧性达到了773 N/m~2。钾离子的加入不仅提升了水凝胶的机械性能,而且赋予水凝胶良好的导电性。另外,该水凝胶柔性传感器表现出了优异的应变传感性、灵敏性（GF=2.48）和稳定性,能很好的检测人体不同关节的活动。（2）基于BSA-MA-PPy/P（AM-co-AA）/Fe3+导电双网络水凝胶的应变传感器用于人体运动及心率监测通过“聚合-浸泡两步法”,以聚吡咯修饰的牛血清蛋白为第一网络和丙烯酰胺与丙烯酸的共聚物为第二网络,合成了一种高强韧、快速恢复和导电的BSA-MA-PPy/P（AM-co-AA）/Fe3+双网络水凝胶,并将其用于应变传感器和心率监测器电极来监测人体运动和心跳。该水凝胶表现出了优异的机械性能（其拉伸应力、压缩应力、弹性模量和韧性分别达到了5.36 MPa、39.01 MPa、3.13 MPa和17.66 MJ/m~3）、快速恢复性（经过10 min的休整后,水凝胶的机械性能可恢复到93%以上）和抗疲劳性。用蛋白质分子来构建水凝胶网络,赋予了该水凝胶良好的生物相容性。此外,由于自由离子和聚吡咯的协同导电作用,水凝胶具有良好的导电性（0.99 S/m）和应变灵敏性（GF=4.6）,能用于应变传感器以监测人体运动和压缩形变。另外,该水凝胶还能作为柔性电极来实时监测人体的心率。
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