高性能生物基水凝胶柔性传感器件的制备与应用研究

来源 :广州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:walker1116_2009
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随着柔性传感器件的发展,可穿戴柔性传感器件需要满足模量低、稳定和耐用性强等要求。水凝胶具有接近人类皮肤的低杨氏模量和水系环境能负载其它功能物质的优势,相比其它有机柔性传感弹性体更具研究与应用价值。目前,基于现有的活性导电物质和水凝胶网络设计,水凝胶传感器的力学性能和导电性能往往互相制衡,此消彼长。另外,在天然多糖材料的高速发展以及柔性传感器需要无毒化和可降解化的背景下,用天然多糖结合聚合物网络构建含有生物基的物理交联网络的水凝胶具有重要的意义。因此天然多糖材料协同活性导电物制备兼具良好的导电性能和力学性能的可持续水凝胶柔性传感器具有研究价值。然后进一步考虑如何用生物基网络,灵活结合其它功能组分构建一种透明且具有复合传感功能的水凝胶,让水凝胶柔性传感器件从单一功能转向复合功能发展。所以本文设计一系列生物基交联网络并用于制备功能化水凝胶柔性传感器。(1)构建了新型环糊精拓扑纳米颗粒(TNPs)。结果表明,所制备的TNPs交联水凝胶具有良好的力学性能,拉伸率为1860%,应力为180 k Pa,抗疲劳性能良好。这些水凝胶易于回收利用,可用于各种形状的模块化组装和拆卸,并可作为柔性应变传感器监测人类活动,传感范围为0~1800%,灵敏度可控,抗疲劳性好。这些拓扑纳米颗粒可以启发新型物理交联剂的设计,用于新型柔性应变传感器、坚韧和自愈水凝胶以及软机器人。(2)设计了可持续的物理交联剂水性化改性壳聚糖(m PEG-SA-Cs)。利用m PEG-SACs的强物理相互作用,包括聚合物链的缠结和与凝胶网络的强氢键作用,协同凝胶的本身的化学交联构建了具有良好有机水凝胶(Cs EMFS有机水凝胶)。由于选用甘油和盐溶液作为凝胶分散剂,因此也可用作多功能柔性传感器。它具有良好的传感范围0-1200%,优良的耐久性(耐1000次以上的循环拉伸,应变600%)和抗冻性能(-40℃可拉伸800%)。基于这些优点,Cs EMFS有机水凝胶被用作应变、环境温湿度响应传感器,并为其构建无线传感系统进行无线传感测试。
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