AgNPs@CNTs复合水凝胶的制备与传感性能研究

来源 :天津理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lst39889667
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柔性传感器由于贴附性好、灵敏度高、轻便体积小,用于监测人体温度、湿度、形变等,在可穿戴传感、电子皮肤方面具有广泛的应用前景。水凝胶是亲水性聚合物链的三维多孔网络材料,具有优异的拉伸性、可导电性、生物相容性和材料成分可调等优点。基于水凝胶的传感器,有望将灵敏度、线性度和重复性提升至最优。本论文利用紫外辐照还原的方法,制备得到银纳米颗粒包覆的碳纳米管(Ag NPs@CNTs)。将其复合在聚乙烯醇水凝胶中,制备了一种高可拉伸、抗冻保湿、抑菌的多功能水凝胶传感器,可以对形变以及温度具有高灵敏的响应。本文主要研究内容如下:1、通过紫外辐照还原银氨溶液,在酸化后的碳纳米管表面原位生长了一层致密且小尺寸(5-10 nm)的银纳米颗粒。研究了银纳米颗粒对碳纳米管的导电性能、表面基团、分散性等影响。将Ag NPs@CNTs复合在水凝胶中,通过反复冻融法合成了聚乙烯醇/硼砂/甘油/Ag NPs@CNTs水凝胶(PBGA)。测试了水凝胶电学性能及力学性能,研究了Ag NPs@CNTs在构建PBGA水凝胶三维网络结构的作用,优化了水凝胶中各组分配比。通过甘油替换水凝胶中水分子,解决一般水凝胶不耐低温、脱水严重的问题。利用银纳米颗粒的抑菌能力,研究了水凝胶对金黄色葡萄球菌以及铜绿假单胞菌的抑制能力。2、将PBGA水凝胶制备为传感器,研究了其对应变的传感性能。在常温下,测试了PBGA水凝胶应变传感能力,通过优化参数得到了具有高灵敏度、低检测下限,高拉伸及高稳定性的PBGA水凝胶应变传感器。研究了PBGA水凝胶在低温、干燥环境下的拉伸性能和循环稳定性。研究发现该水凝胶对扭转、压缩也同样具有良好的响应。分析了银纳米颗粒、碳纳米管构建的三维网络结构对形变传感的机制。将PBGA水凝胶应用于人体可穿戴传感方面,监测人体日常活动,如手指弯曲、吞咽和行走等。3、研究了PBGA水凝胶作为温度传感器的性能。研究了PBGA水凝胶的温度响应度、响应区间、分辨率。分析认为水凝胶优异的温度传感特性来自于银纳米颗粒、碳纳米管和聚合物分子的协同作用。该凝胶因分辨率高、测试范围广、响应度高、柔软、抑菌、可粘附于皮肤,能够应用于人体体温的监测。结合PBGA水凝胶的形变传感特性,我们参照水母在水中浮潜的原理制备了一种仿生传感器,实现了对水温和水压的实时监测。
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