【摘 要】
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柔性传感器近年来被广泛的应用于制造智能穿戴设备,其可以监测机械变形,然后将机械变形转变成电子设备可以识别的电信号（电压、电阻、电容等）,其制成的柔性穿戴设备可以用于人体运动监测、健康检测等领域。但随着社会的进步和柔性传感器的应用范围的扩展,其功能逐渐向多功能化发展。作为柔性传感器的核心部件导电水凝胶,导电水凝胶也被提出了更高的要求,导电水凝胶需要同时具备自恢复性、疲劳稳定性、大应变、高灵敏等特点。
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柔性传感器近年来被广泛的应用于制造智能穿戴设备,其可以监测机械变形,然后将机械变形转变成电子设备可以识别的电信号（电压、电阻、电容等）,其制成的柔性穿戴设备可以用于人体运动监测、健康检测等领域。但随着社会的进步和柔性传感器的应用范围的扩展,其功能逐渐向多功能化发展。作为柔性传感器的核心部件导电水凝胶,导电水凝胶也被提出了更高的要求,导电水凝胶需要同时具备自恢复性、疲劳稳定性、大应变、高灵敏等特点。因此制备多功能的导电水凝胶成为研究热点,再以导电水凝胶为核心器件制备的柔性传感器可以广泛应用在穿戴式电子设备、人工智能和软性机器人上。论文以此为基础,制备了三种复合碳基导电水凝胶。主要的研究内容及结论是:（1）S-CNTs/PVA导电水凝胶的制备与性能分析利用硅烷改性多壁碳纳米管（S-CNTs）、聚乙烯醇（PVA）、甘油（Gly）以及有机溶剂二甲基亚砜（DMSO）制备了一种复合导电水凝胶（S-CNTs/PVA导电水凝胶）。结果表明:S-CNTs的加入可以提高水凝胶的机械性能,拉伸强度和弹性模量分别可以提高1和0.6倍;该水凝胶内部网络存在多重可逆氢键,因此其具有良好的自恢复性能和循环稳定性,同时还具有较高的灵敏度（GF=5.7,100%-140%）;此外S-CNTs/PVA导电水凝胶可以固定在人体皮肤上,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,为构建导电水凝胶传感器提供了一种可行的方法。（2）CNC/GO/Na Cl/PVA导电水凝胶的制备与性能分析将纤维素纳米晶（CNC）加入到二甲基亚砜（DMSO）水溶液中,然后再引入导电离子Na+,接着加入聚乙烯醇（PVA）/氧化石墨烯（GO）/甘油（Gly）,采用简单的一锅法得到复合溶液,最后制备CNC/GO/Na Cl/PVA导电水凝胶。结果表明:CNC的引入解决了GO和Na+在溶剂中的分散性问题,所制备的CNC/GO/Na Cl/PVA导电水凝胶显示出较高的拉伸强度（320k Pa）和可拉伸性（317.89%）;动态氢键和离子配位键相互作用赋予CNC/GO/Na Cl/PVA导电水凝胶良好的自恢复性和循环稳定性;该水凝胶还具有较高的灵敏度（GF=6.08 150%-200%）。基于CNC/GO/Na Cl/PVA导电水凝胶的传感器能够被用作可穿戴设备在室温下监测不同人体部位的活动。这种CNC/GO/Na Cl/PVA导电水凝胶在电子皮肤和可穿戴器件中具有广阔的应用前景。（3）CNC/GO/CNTs/PVA/SA-Ca2+导电水凝胶的制备与性能分析利用聚乙烯醇（PVA）和丁二酸（SA）的固相酯化反应,采用一锅法制备CNC/GO/CNTs/PVA/SA-Ca2+复合溶液,再经过冻融法制备CNC/GO/CNTs/PVA/SA-Ca2+导电水凝胶。结果表明:聚乙烯醇和丁二酸之间的化学交联提高了水凝胶的拉伸强度（0.2 MPa;226%）;随着SA的加入,水凝胶显示出的三维网络结构更加致密;引入Ca2+后水凝胶内部形成离子配位键,灵敏度（GF=4.55,0-200%）和循环稳定性都得到提高;水凝胶基可穿戴应变传感器可以应用于人体运动监测。
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