【摘 要】
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近年来,柔性传感器件在人机交互、健康监测和智能可穿戴设备等领域的应用开始飞速发展。在作为柔性传感器的活性材料方面,水凝胶材料所具有的良好的柔性和生物相容性使水凝胶在柔性传感器的制备中具有十分突出的表现。水凝胶根据其导电填料的不同可以分为离子型导电水凝胶和电子型导电水凝胶。其中,电子型导电水凝胶主要是以碳材料、导电聚合物和导电纳米材料为填料的水凝胶,但是由于这些填料的不透明性、生物不兼容性和在较高应
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近年来,柔性传感器件在人机交互、健康监测和智能可穿戴设备等领域的应用开始飞速发展。在作为柔性传感器的活性材料方面,水凝胶材料所具有的良好的柔性和生物相容性使水凝胶在柔性传感器的制备中具有十分突出的表现。水凝胶根据其导电填料的不同可以分为离子型导电水凝胶和电子型导电水凝胶。其中,电子型导电水凝胶主要是以碳材料、导电聚合物和导电纳米材料为填料的水凝胶,但是由于这些填料的不透明性、生物不兼容性和在较高应变下的低灵敏度,使得其应用受到了极大的限制。以离子为导电填料的导电水凝胶很容易的就可以使其具有透明性。相比于电子型水凝胶,离子型水凝胶会具有更好的生物相容性。并且改变水凝胶中的组分就可以使得水凝胶具有抗冻性、自愈合和自黏附等特定功能。本文中主要是制备了两种不同功能的功能性水凝胶并研究了其作为柔性传感器的性能表现。主要研究内容和结论如下:（1）抗冻高灵敏度离子导电水凝胶的制备与性能分析在本章中,以羟乙基纤维素（Hydroxyethyl Cellulose,HEC）,聚乙烯醇（polyvinyl alcohol,PVA）为原料,通过共混和冻融的方法构建PVA水凝胶网络,制备了不同HEC含量的离子导电水凝胶。研究结果表明当HEC含量为1.5 wt%时,水凝胶的力学性能得到了显著的提升,其拉伸断裂应变能达到340%,其最大应力能达到239k Pa。当水凝胶拉伸时,水凝胶的电阻会产生相应的变化。此外离子导电水凝胶可以直接粘附在人体皮肤上,根据指关节的弯曲角度呈现出不同的电阻,并显示出稳定的传感性能,可重复实时监测应变和变形。水凝胶也可以通过简单的操作组成自供电电池,且自供电电池的电压可以达到0.839 V。并且由于二甲基亚砜（DMSO）的加入,所制备的水凝胶还具有良好的抗冻性、保水性和机械性能。结果表明该水凝胶在柔性传感器方面具有潜在的利用价值。（2）高拉伸自粘附导电水凝胶的制备与性能分析在本章中,参考贻贝的粘附特性,以PVA、海藻酸钠（Sodium Alginate,SA）、单宁酸（Tannic,TA）和丙烯酸（Acrylic acid,AA）为原料,通过两步法制备了具有粘附功能的功能性水凝胶。基于水凝胶中三种组分之间存在的多重弱键和协同效应,该功能性水凝胶具有较高的可拉伸性（应变＞980%）、生物相容性和粘附性。该功能性水凝胶具有较大的应变检测范围（10-900%）和较高的灵敏度（最大GF=16.75）。在小应变（＜200%）下GF≈6,这个灵敏度的数值与离子水凝胶的理论值较为接近。该应变传感器可以对人体手指弯曲和手腕弯曲等运动进行实时的监测,在人体健康监测、智能可穿戴设备和软体机器人中具有较大的应用潜力。
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