【摘 要】
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水凝胶(Hydrogel)是一种以水为分散介质且具有网状交联结构的亲水性高分子聚合物,由于其良好的生物相容性、无毒性、溶胀性和柔韧性,已被普遍应用于各种领域,如药物输送、储能装置、生物传感器、可穿戴设备以及组织工程支架等。然而,传统水凝胶功能单一,这在某种程度上限制了它们的实际应用。因此,近年来,制备具有如:导电性、自愈合性能、韧性和延展性等两种或两种以上重要功能的多功能水凝胶,并将其作为检测人体
【基金项目】
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甘肃省自然科学基金项目1010RJZA015; 甘肃省高等学校基本科研业务费项目5001-109;
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水凝胶(Hydrogel)是一种以水为分散介质且具有网状交联结构的亲水性高分子聚合物,由于其良好的生物相容性、无毒性、溶胀性和柔韧性,已被普遍应用于各种领域,如药物输送、储能装置、生物传感器、可穿戴设备以及组织工程支架等。然而,传统水凝胶功能单一,这在某种程度上限制了它们的实际应用。因此,近年来,制备具有如:导电性、自愈合性能、韧性和延展性等两种或两种以上重要功能的多功能水凝胶,并将其作为检测人体健康状态的电子皮肤或离子皮肤和运动传感器,以及帮助伤口愈合和皮肤修复等医用材料的研究成为该领域的热点。本论文在对多功能水凝胶进行简单综述的基础上完成了以下工作:1.利用一锅法,通过嵌入Ag纳米粒子和还原氧化石墨烯(RGO)的纳米复合材料(Ag/RGO)制备了一种可自由塑形的高拉伸导电自愈合纳米复合水凝胶,并对其化学结构、形貌、力学性能、自愈合性能和导电性能进行了表征。结果表明该水凝胶具有高的导电性(4.43 S·m-1)和良好的柔韧性,可在无任何外界刺激情况下,30 s内自愈合效率达到97.6%。除此之外,它还表现出一种类似于橡皮泥的可自由变形属性,可以自由地塑造为任意复杂的几何形状。因而,它在柔性电子可穿戴设备、智能传感器、可充电电池和生物材料等许多领域具有广阔的发展前景。2.用辉光放电电解等离子体引发制备聚吡咯(PPy)颗粒,将其掺杂在水凝胶体系中,制备了一种铝离子(Al3+)交联聚丙烯酸(PAA)的多功能纤维素基导电水凝胶,并对水凝胶的力学性能、自愈合性能和导电性能等进行了测定。结果表明该水凝胶具有较高电导率(2.79 S·m-1)、优异力学性能(拉伸强度为0.309MPa、断裂应变750%)以及在不受外界刺激的室温环境下,9 h内可达到91.9%自愈合效率的良好自愈合性能。本研究为开发具有优异力学性能的生物传感器及具有自愈合性能的可穿戴柔性器件提供了启示。3.通过在铁离子(Fe3+)交联PAA和壳聚糖(CS)聚合物水凝胶中掺杂PPy颗粒,制备了一种具有优异的导电性和力学性能的自愈合水凝胶。对所制备凝胶的化学结构、形貌、力学性能、自愈合性能和导电性能进行表征。结果表明该水凝胶的电导率可达2.61 S·m-1,拉伸强度为0.33 MPa,断裂应变为628%,弹性模量为0.146 MJ·m-3,韧性为1.14 MPa。此外,在没有任何外部刺激的情况下,在空气中愈合9 h后,其自愈合效率高达93%。由于该水凝胶集突出的力学性能、自愈合和导电能力于一体,因此,该研究对于制备新一代多功能软材料具有较高的学术价值。
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