高机械性能导电水凝胶的构筑与应变传感性能研究

基本信息
批准号:51803188
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:杨艳宇
学科分类:
依托单位:郑州大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:王万杰,王园园,王利利,乔小勇,刘红艳,杨亚田
关键词:
柔性传感材料高强高韧导电性水凝胶应变响应性
结项摘要

Conductive hydrogels are recognized as a kind of promising materials for flexible sensors on account of their good biocompatibility, softness and conductivity. However, their weak mechanical properties and low interfacial bonding on substrates severely limit the development and application of flexible hydrogel sensors. In this project, we will construct a series of high-mechanical and ion-conducting Double-Network (DN) hydrogels by our previous “soaking strategy to fabricate DN hydrogels using saline solution”, and investigate their mechanics, strain-sensitive performances, interfacial bonding and potential applications for flexible sensors. The details of this project are as follows: 1) to fabricate a series of DN hydrogel ionic conductors with superior mechanical properties and strain-sensitive performances; 2) to adjust the structure, mechanic, conductivity and strain-sensitive performance and therefore obtain various hydrogel sensing materials for meeting different requirements in mechanical performance and sensitivity; 3) to achieve the tough bonding of hydrogels to electrodes or dielectric elastomers and then fabricate hydrogel-based flexible sensing devices for applying in health & medical, motion recognition and intelligence machines. The expected results of this project will greatly promote the exploitation and application of high-mechanical and conductive hydrogels in the fields of flexible sensors.

导电水凝胶具备良好的生物相容性、柔软性和金属般的导电性,是一类非常有潜力的柔性传感材料。然而较弱的机械性能及低界面粘合性严重制约了导电水凝胶在柔性传感领域的发展和应用。本项目拟在“盐溶液浸泡法”制备高强高韧双网络水凝胶的基础上,开发和构建一类离子型导电双网络水凝胶,研究其机械性能、应变响应性、界面粘合性以及在柔性传感领域的应用价值。具体研究内容包括:1)使用盐溶液浸泡法制备一系列集高强高韧、超拉伸和优异的应变响应特性于一体的双网络水凝胶离子导体;2)调控水凝胶的结构、力学性能、导电性能和应变响应性能,获得能够满足不同机械性能和灵敏度需求的水凝胶传感材料;3)构建水凝胶/电极、水凝胶/介电弹性体的高韧性界面,并制备信号传导稳定的水凝胶基传感器件,进而探索其在健康医疗、运动识别和智能机器等方面的应用前景。预期相关的研究成果将为高机械性能导电水凝胶的构筑和在柔性传感领域的应用研究提供有力支撑。

项目摘要

导电水凝胶具备良好的生物相容性、柔软性和金属般的导电性,是一类非常有潜力的柔性传感材料。然而较弱的机械性能及低界面粘合性严重制约了导电水凝胶在柔性传感领域的发展和应用。本项目的研究目的是通过“盐溶液浸泡法”制备得到一系列高强高韧的水凝胶离子导体,并将其应用于柔性传感领域实现应变、应力和人体活动的实时监测;利用共价键合的策略实现水凝胶离子导体与各种基底材料的韧性绑定,提升水凝胶传感器件的稳定性。.项目的主要内容是高机械性能导电水凝胶的制备、性能研究及其在柔性传感领域的初步应用。1.首先使用盐溶液浸泡法构筑得到集高强高韧、超拉伸和优异的应变响应特性于一体的水凝胶离子导体,其结构和性能能够实现原位灵活调控,集成得到的水凝胶柔性传感器件在健康医疗和运动识别领域具有良好的应用前景;2.通过调控盐溶液的类型和浓度制备得到宽温域高导电水凝胶,分别成功构建了水凝胶基超级电容器和柔性传感器,进而集成制备了一体式自供电的可穿戴传感设备实现了对于肢体活动的实时监测;3.针对水凝胶传感器件使用时凝胶易于与基底发生脱离的问题,通过化学键合的策略构筑得到了韧性、抗冻和导电的水凝胶-基底界面,大幅提升水凝胶传感器件的稳定性和应用价值。项目研究已达到预期目标,共发表标记基金号论文13篇,包括CCS Chem.、Chem. Eng. J.、J. Mater. Chem. A和ACS Appl. Mater. Interfaces等期刊,申请中国专利1项。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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