【摘 要】
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导电水凝胶是由亲水性基质和导电介质结合而形成的一种柔韧性和吸水性好、电化学性能优异的软材料,在电子皮肤、超级电容器、生物医疗、柔性穿戴电子设备等方面受到研究人员的广泛关注。在常见的导电聚合物中,聚吡咯因电化学性能优异、稳定性和相容性较好、易于制备而被广泛用于制备导电复合材料。然而聚吡咯本身具有刚性和疏水的特点,在导电水凝胶基质中难以分散均匀,降低了导电水凝胶的综合性能,难以满足诸多方面的需求。因此
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导电水凝胶是由亲水性基质和导电介质结合而形成的一种柔韧性和吸水性好、电化学性能优异的软材料,在电子皮肤、超级电容器、生物医疗、柔性穿戴电子设备等方面受到研究人员的广泛关注。在常见的导电聚合物中,聚吡咯因电化学性能优异、稳定性和相容性较好、易于制备而被广泛用于制备导电复合材料。然而聚吡咯本身具有刚性和疏水的特点,在导电水凝胶基质中难以分散均匀,降低了导电水凝胶的综合性能,难以满足诸多方面的需求。因此,如何使得导电聚合物在水凝胶网络中均匀分布,在水凝胶网络中构建出良好的导电通路仍然是一个重大的挑战。本文以低分子量聚天冬氨酸（LPASP）为分散剂制备得到分散均匀的聚吡咯（PPy）纳米粒子分散液。通过将PPy纳米粒子分散液与丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM）单体混合,在水溶液中以自由基聚合的方式制备出了综合性能良好的导电水凝胶。通过添加β-环糊精（β-CD）对导电水凝胶进行改性,弥补了添加丙烯酸带来的力学强度下降的问题。利用红外光谱（FT-IR）、TG-DSC同步分析仪、扫描电子显微镜（SEM）等方法对导电水凝胶的化学结构组成、热稳定性和表面结构进行了表征。探究了不同变量及各组分含量对导电水凝胶导电性能、溶胀性能和力学性能的影响。具体研究内容如下:1、以LPASP为分散剂,过硫酸铵（APS）为引发剂,制备了分散均匀且稳定的PPy纳米粒子分散液。向PPy分散液中加入一定量的AM、N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）,引发剂APS,以自由基聚合的方式制备出LPASP/PAAm/PPy导电水凝胶;使用FT-IR、TG-DSC同步分析仪、SEM等方法对导电水凝胶的化学结构组成、热稳定性和表面结构进行了表征。探究了不同组分及含量对水凝胶导电性能、吸水性能和机械性能的影响,结果表明,LPASP/PAAm/PPy导电水凝胶不仅具有较好的电化学性能,而且水凝胶的拉伸性能也很突出,电导率达到0.13 S/m,导电水凝胶的断裂伸长率达到1029%,最大拉伸应力为0.12 MPa。将LPASP/PAAm/PPy导电水凝胶组装成柔性应变传感器,当人体运动时,在人体不同关节处都能检测到明显的电信号变化,显示出传感器具有良好的传感能力。2、以LPASP为分散剂,AA和AM为共聚单体,在加入PPy纳米粒子分散液的条件下,通过掺杂β-环糊精（β-CD）,制备了LPASP/P（AA-AM）/β-CD/PPy复合导电水凝胶。LPASP不仅能使PPy均匀地分散在水凝胶网络中,增强导电水凝胶的导电性,还能改善导电水凝胶的生物降解性和生物相容性。当LPASP和Py含量分别为20 wt%和2 wt%时,LPASP/P（AA-AM）/β-CD/PPy复合导电水凝胶具有高的导电率（1.11 S/m）,断裂伸长率高达1260%。同时,导电水凝胶具有良好的透明性。由LPASP/P（AA-AM）/β-CD/PPy复合导电水凝胶组装的柔性应变传感器不仅可以监测人体大幅度运动如手肘弯曲、手腕弯曲、手指弯曲和握拳等,还能够检测到如喝水时吞咽带来的轻微振动。
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