摘要
水凝胶是一种以水为分散介质，由天然或合成材料组成的具有网状结构的三维(3D)交联多孔聚合物材料。水凝胶由于本身具有大量的亲水基团和特殊的网络结构，使得其表现出优异的吸水性能、良好的透明性能、高亲水性、独特的机械性能、生物相容性以及与人体组织相似等性质。这些特性使水凝胶在不同领域表现出许多潜在的应用价值，如制备可穿戴设备、仿生机器人、电子皮肤以及应用于生物医学等领域。然而，传统的单一功能的水凝胶已经不能满足人们实际应用的需求。研究者们开始对水凝胶的合成方法及原料的使用等进行改进，致力于合成具有更多性能、更高强度的材料，并将其作为检测人体健康状态的电子或离子皮肤和运动传感器进行研究。本论文在对多功能水凝胶进行了简单综述的基础上完成了以下工作： 1.将壳聚糖和铁离子引入到丙烯酸化的腺嘌呤和聚丙烯酰胺构成的网络结构中，设计了一种具有高韧性和导电性的多功能粘附性水凝胶。所制备的水凝胶材料可以粘附到各种固体基质表面并显示出良好的机械性能，其对木材的最高粘合强度达到11.17KPa，而且具有良好的重复粘附性和抗疲劳性；可以拉伸到其原始长度的1400%以上，韧性为0.84MJ/m3，断裂应力为0.11MPa；由于Fe(Ⅲ)和Cl?的存在，水凝胶也具有一定的导电性，可用于人体运动监测。 2.将单宁酸包裹的石墨化碳纳米管引入到聚丙烯酸和羧甲基纤维素构成的网络结构中，制备了具有高拉伸性能、自粘附性、应变敏感性和导电性的多功能水凝胶。化学交联构建了水凝胶网络的基本框架，TA、CMC和PAA之间的多个氢键的动态物理交联以及TA和CNTs之间的π-π共轭作用可以有效地耗散能量，使水凝胶具有优异的韧性、高拉伸性能和自粘附能力。该水凝胶的拉伸应变可达到1385%，在木头表面的自粘附力可达到16.65KPa；随着碳纳米管含量的增加，水凝胶的电导率逐渐增大，可达到5.13S/m，由于其具有粘附性和导电性，将其作为应变传感器进行监测人体的不同运动模式。 3.使用两步法，利用海藻酸钠、单宁酸、聚丙烯酸、羧甲基纤维素和三氯化铝制备了具有高拉伸性、韧性、粘附性和导电性的多功能透明水凝胶。这种水凝胶可以附着在各种有机和无机材料上，在铁片上的粘合强度可达到22.33KPa，其断裂应力为0.16MPa，韧性为1.01MJ/m3。该水凝胶对人类皮肤表现出可重复和持久的粘附性，并且可以完全剥离，而没有任何残留、刺激或过敏反应。此外，水凝胶还具有良好的应变敏感性，利用其自粘附性直接附着到人体的各个部位来监测人体的各种运动。这项工作为设计具有透明、可拉伸、自粘附和应变敏感性的生物相容性水凝胶提供了新的思路。
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