多功能导电复合水凝胶的制备及其性能研究

多功能导电复合水凝胶的制备及其性能研究摘 要导电复合水凝胶结合了水凝胶独特电物理化学性质和本征导电高分子的电学性质，在超级电容器、传感器、组织材料等领域。通过在凝胶基体中加入导电填料、导电聚合物、或碳基类材料等第二种成分来制备，形成导电水凝胶。在导电聚合物中，聚苯胺（PANI）及其衍生物由于简单的合成和掺杂工艺、低成本、形态的多样性而引起了广泛的关注。本文将聚苯胺与不同水凝胶基体相结合，得到多种功能的导电聚合物水凝胶。对合成的导电水凝胶进行了多种表征，并且将这些凝胶应用于柔性传感器、染料检测、pH 检测和低温传感等领域。具体内容如下：1. 一种用于柔性传感的导电 PAM/DCS/PANI 水凝胶柔性应变传感器在可穿戴健康监测，敏感触觉信息显示和多功能机器人皮肤等方面的应用引起了广泛关注。然而，可穿戴设备制备具有柔韧性、高应变、高灵敏度和生物相容性的导电水凝胶仍然是一个挑战。本文报道了一种由聚苯胺、双键改性壳聚糖和丙烯酰胺组成的互穿网络导电复合水凝胶，其物理和化学交联双网络提供了水凝胶优异的强度和韧性。所得水凝胶具有良好的拉伸性能、高抗拉强度（0.3MPa）、高电导率（6.97S/m）和优异的应变灵敏度（规格系数 15.9）。基于应变传感器可以通过稳定和可重复的电信号来检测人体关节的运动，表明了它们在可穿戴健康监测和多功能机器人皮肤方面的潜在应用。 2. PNIPAM/CMCS/MWCNT/PANI 水凝胶用于温度、压力和 pH 传感具有良好电性能的刺激响应特征的聚合物水凝胶在电气、电化学和生物医学设备上具有巨大的潜力。在此，通过壳聚糖辅助 MWCNT 基材料，在聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)基体中原位聚合形成聚苯胺(PANI)导电网络, 合成了温敏响应性的导电杂化水凝胶。物理和化学交联的网络赋予了水凝胶具有高度多孔的结构，从而大大增强了机械性能并提高了稳定性。PNIPAM/CMCS/MWCNT/PANI 杂化水凝胶具有优异的应变敏感能力(规格系数 3.603)，可以作为应变传感器应用于人体运动检测。杂化水凝胶可根I导电复合水凝胶的制备及其性能研究据高温下的体积收缩引起的电路断开来构建高灵敏的温度报警器。此外，杂化水凝胶还可以作为 pH 传感器来监测溶液中的酸碱性变化。3. 一种用于柔性传感的抗冻导电 PVA/EG/GO/PANI 水凝胶导电聚合物水凝胶是一种具有多种用途的材料，如柔性储能、电子设备和生物传感器。然而，它们的应用受到工作温度范围的影响以及能否回收利用等问题的困扰。在此，我...