强韧导电基疏水缔合水凝胶的制备及性能研究

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导电水凝胶是一类导电聚合物材料,具有生物相容性和柔性。由于其出色的物理化学特性,它们在生物传感器、组织工程、机械传感、柔性电子设备、电子皮肤等领域具有非常大的应用前景。然而,由于缺乏足够的内聚力,传统水凝胶的机械性能较差,难以满足实际应用中的复杂应变环境。此外,为了保证传感器信号采集的更高准确性和可靠性,对材料的灵敏度要求也越来越高。为了解决导电水凝胶既要有高强度又要有高灵敏度的问题,本文通过对聚合物内部网络的设计和调控,采用疏水缔合的方式制备了Si O2@PANI-P(AM/LMA)复合水凝胶,所制备的水凝胶具有良好的机械性能和电学性能,在此基础上,将碳纳米管引入到Si O2@PANI-P(AM/LMA)水凝胶体系中,制备了Si O2@PANI-P(AM/LMA)/MWCNTs复合水凝胶,探究了其在传感器领域中应用的可行性。具体工作有以下两个部分:第一部分:将导电聚苯胺(PANI)包覆在无机粒子二氧化硅(Si O2)表面制备了核壳纳米粒子(Si O2@PANI),通过自由基引发制备了Si O2@PANI-P(AM/LMA)复合水凝胶,探讨了Si O2@PANI纳米粒子的引入,对凝胶力学性能和电学性能的影响。结果表明当Si O2@PANI纳米粒子的加入量为0.9wt%时,所得到的水凝胶集高抗拉强度(1398k Pa)、超弹性(>1000%)、优异的应变敏感性(100-1100%应变下的规格系数=10.407、快速响应(300ms)于一体,和优异的耐久性(>300次循环)。这部分工作为水凝胶的增韧,和增强水凝胶的导电性奠定了基础。第二部分:在第一部分的基础之上,把碳纳米管(MWCNTs)引入到Si O2@PANI-P(AM/LMA)水凝胶体系中,制备了Si O2@PANI-P(AM/LMA)/MWCNTs复合水凝胶,探究碳纳米管的引入对水凝胶的力学性能和电学性能的影响。结果表明当碳纳米管的加入量为0.4wt%时,所得到的水凝胶集高抗拉强度(1939k Pa)、超可拉伸(3948.37%)优异的应变敏感性(100-1100%应变下的规格系数=11.566)。该部分研究为水凝胶在传感器领域的应用提出了新的设计思路及理论基础。
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