【摘 要】
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水凝胶是一类内部保有大量水分的三维网络高分子聚合物材料,以其独特的力学柔性、生物兼容性及许多类似于有机生物体的独特性质,在生物医学、组织工程、柔性传感器等领域发挥着不可或缺的作用。但受制于传统水凝胶的低力学强度和功能性较差,同时制备方法较为繁复等问题,使得水凝胶的发展应用在一定程度上受到了制约。因此,开发制备工艺简单、机械性能强和多功能性的水凝胶成为高分子材料前沿领域的研究热点之一。而作为绿色溶剂
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水凝胶是一类内部保有大量水分的三维网络高分子聚合物材料,以其独特的力学柔性、生物兼容性及许多类似于有机生物体的独特性质,在生物医学、组织工程、柔性传感器等领域发挥着不可或缺的作用。但受制于传统水凝胶的低力学强度和功能性较差,同时制备方法较为繁复等问题,使得水凝胶的发展应用在一定程度上受到了制约。因此,开发制备工艺简单、机械性能强和多功能性的水凝胶成为高分子材料前沿领域的研究热点之一。而作为绿色溶剂的类离子液体由于具有良好生物相容性和高密度氢键导电网络,近年来受到越来越多科研学者的关注。本论文通过一种常见类离子液体的引入,将氯化胆碱/丙烯酸(Ch Cl/AA)及传统的凝胶聚合物——聚乙烯醇(PVA)进行结合,制备出了具有较高机械性能及良好电导性的水凝胶。该凝胶对于应力和温度具有高灵敏度和宽范围的传感特性,可满足柔性可穿戴传感器和光热传感等领域的功能性材料需求。论文的研究思路如下:通过一步法将Ch Cl/AA和聚乙烯醇物理共混热聚,形成了一种含有大量可逆动态氢键的互穿双网络水凝胶(PVA-Ch Cl/AA gel),提升了原始PVA凝胶的机械性能。同时,水凝胶网格中类离子液体的引入赋予了水凝胶导电性,也抑制了PVA在凝胶化过程中的结晶行为,提高了所得凝胶的光学透明度。该部分主要探究了类离子液体添加量对水凝胶强度、透明度、及凝胶导电性的影响,选出类离子液体含量最高的PVA-Ch Cl/AA-3 gel为最优化的凝胶制备条件。通过PVA-Ch Cl/AA-3 gel表现出的高弹性和高导电性,将其组装成可穿戴传感器用来监测人体行为和健康状态。考察其在可穿戴应力传感器方面及在一般环境下的温度传感性能,结果表明该凝胶均表现出较高的灵敏度及稳定性。由于水凝胶表现出较灵敏的温度响应性,通过添加具有光热转换性能的聚多巴胺纳米颗粒,制备出一种具有近红外光传感特性的水凝胶传感器(PVACA-PDA gel),有望用于光热传感及光热诊疗材料等领域。
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