论文部分内容阅读
柔性可穿戴电子器件由于在人体运动检测，个人医疗保护和人工智能中的巨大应用场景，在近十年间得到了迅速的发展。作为其中之一，柔性传感器是将外部刺激转换为可记录或可测量的电信号（电容，电流或/和电阻的变化）或者其他形式信号的设备。基于柔性基底复合材料基的传感器往往存在可拉伸性低，缺乏透明性，有毒等问题;离子凝胶基传感器在水溶液的环境中容易泄露;水凝胶作为近年来发展迅猛的柔性可穿戴器件的候选者，具备很多优异的性能，但是亲水聚合物和水环境很容易滋生引发身体感染的细菌，这是限制其使用寿命的原因之一。水凝胶是生物相容性最好的材料，因此只需在导电水凝胶的基础上开发出抗菌的材料并将其用于柔性器件便可解决这一问题。
通过添加外部导电物质来获得导电水凝胶是二种常用的方式，通常有两种方式，一是加入无机盐来获取高导电性能，在使用的过程中无机盐的析出限制了其使用寿命;二是含导电高分子聚吡咯的水凝胶，导电高分子的亲水性条件是一个必要的条件，然而大多数导电高分子是非水溶性的。抗菌性能，往往通过添加抗菌纳米材料或者天然抗菌产物来获得。导电和抗菌性能同时获得意味着更多的掺杂，会产生不相容或者分相等问题。鉴于此，急需开发出一种无添加的高导电并赋予其优异抗菌性能的水凝胶并将其用于人体接触传感器。
本课题通过热聚合和冻融循环两步制备了一种甜菜碱与PVA互穿网络离子导电水凝胶。即首先经过SBMA和PVA溶液混合制备PSBMA与PVA(SxPzH)互穿网络水凝胶，然后在上述混合溶液中加入TMA制备P(SBMA-co-TMA)与PVA(SxTyPzH)互穿网络水凝胶。离子相互作用，氢键和协同互穿网络使S0.1T0.1P0.064H水凝胶具备出色的力学性能，拉伸强度可以达到0.5MPa，断裂伸长率397％，拉伸模量0.222MPa。自由移动的Cl-离子使得电导率高达2.71s/m，赋予其优异的电机械性能，在低应变下(2％)灵敏度规格因子为1.05，因此可以使用进行人体运动和脉搏搏动的传感器。季铵盐的存在也使体系具备出色的抑制大肠杆菌的能力。除了机械-电信号智能感应特征之外，S0.1T0.1P0.064H水凝胶不同溶液中溶胀度差异较大，其在PBS缓冲溶液中溶胀度为2.07，在去离子水中溶胀度为7.97。具备特殊的离子溶液-溶胀智能感应行为，可以根据溶胀度的大小区分不同无机盐溶液。这种“双智能反馈”和“高溶胀度”使其多功能集成化传感器和智能伤口敷料领域有潜在应用。
通过添加外部导电物质来获得导电水凝胶是二种常用的方式，通常有两种方式，一是加入无机盐来获取高导电性能，在使用的过程中无机盐的析出限制了其使用寿命;二是含导电高分子聚吡咯的水凝胶，导电高分子的亲水性条件是一个必要的条件，然而大多数导电高分子是非水溶性的。抗菌性能，往往通过添加抗菌纳米材料或者天然抗菌产物来获得。导电和抗菌性能同时获得意味着更多的掺杂，会产生不相容或者分相等问题。鉴于此，急需开发出一种无添加的高导电并赋予其优异抗菌性能的水凝胶并将其用于人体接触传感器。
本课题通过热聚合和冻融循环两步制备了一种甜菜碱与PVA互穿网络离子导电水凝胶。即首先经过SBMA和PVA溶液混合制备PSBMA与PVA(SxPzH)互穿网络水凝胶，然后在上述混合溶液中加入TMA制备P(SBMA-co-TMA)与PVA(SxTyPzH)互穿网络水凝胶。离子相互作用，氢键和协同互穿网络使S0.1T0.1P0.064H水凝胶具备出色的力学性能，拉伸强度可以达到0.5MPa，断裂伸长率397％，拉伸模量0.222MPa。自由移动的Cl-离子使得电导率高达2.71s/m，赋予其优异的电机械性能，在低应变下(2％)灵敏度规格因子为1.05，因此可以使用进行人体运动和脉搏搏动的传感器。季铵盐的存在也使体系具备出色的抑制大肠杆菌的能力。除了机械-电信号智能感应特征之外，S0.1T0.1P0.064H水凝胶不同溶液中溶胀度差异较大，其在PBS缓冲溶液中溶胀度为2.07，在去离子水中溶胀度为7.97。具备特殊的离子溶液-溶胀智能感应行为，可以根据溶胀度的大小区分不同无机盐溶液。这种“双智能反馈”和“高溶胀度”使其多功能集成化传感器和智能伤口敷料领域有潜在应用。