【摘 要】
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随着柔性电子器件的快速发展,其在软体机器人、可穿戴传感器和生物医疗器件等领域受到前所未有的关注。水凝胶具有优异的离子传导率、高透明性以及优异的柔韧性,在柔性传感器领域备受关注。然而,目前报道的水凝胶柔性传感器存在水分易挥发,低温结冰,自粘附性差以及无法兼顾高应变性和高灵敏性等问题。聚离子液体是由离子液体单体聚合得到的兼具离子液体和聚合物的特殊性能的一类功能性聚合物,具有高离子电导率、高粘附性、耐低
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随着柔性电子器件的快速发展,其在软体机器人、可穿戴传感器和生物医疗器件等领域受到前所未有的关注。水凝胶具有优异的离子传导率、高透明性以及优异的柔韧性,在柔性传感器领域备受关注。然而,目前报道的水凝胶柔性传感器存在水分易挥发,低温结冰,自粘附性差以及无法兼顾高应变性和高灵敏性等问题。聚离子液体是由离子液体单体聚合得到的兼具离子液体和聚合物的特殊性能的一类功能性聚合物,具有高离子电导率、高粘附性、耐低温性、抗菌性、优异的机械性能、化学/热稳定以及结构可设计性等特点。CO2作为一类储量丰富、廉价易得且绿色的C1原料,常被用于合成各类化合品和高分子材料。其中由CO2衍生的环状碳酸酯制备的聚氨酯结构中富含大量的氨基甲酸酯和羟基等,这些极性含氧官能团不仅有利于离子传输,还能够和水分子形成氢键,提高水凝胶保水性和抑制水结冰。同时,该类聚氨酯对各类材料都表现出较好地粘附性。本文通过将CO2基聚氨酯和聚离子液体结合,制备了两种新型CO2交联的聚离子液体水凝胶。主要研究内容如下:1.耐低温、抗菌聚离子液体水凝胶传感器的研究:首先由1-乙烯基咪唑和3-溴丙胺氢溴酸盐合成胺基功能化离子液体单体,与丙烯酰胺单体和CO2衍生的环状碳酸酯作为交联剂聚合制成聚离子液体水凝胶。其中CO2衍生的环状碳酸酯是由CO2和聚乙二醇二缩水甘油醚在溴化锌和1-丁基-3-甲基咪唑溴盐催化作用下环加成制得。实验结果表明:在聚离子液体和CO2衍生聚氨酯协同作用下,这类聚离子液体水凝胶表现出优异的保水性、抗冻性、离子传导率、粘附性及抗菌性。同时,基于这类聚离子液水凝胶的传感器表现出优异的传感性能,在50%～400%形变内保持较高的灵敏度。2.温度响应聚离子液体水凝胶的制备:以胺基功能化的离子液体,丙烯酰胺,N-异丙基丙烯酰胺为单体,CO2衍生的环状碳酸酯为交联剂,过硫酸铵为热引发剂,通过热聚合制备了温度响应聚离子液体水凝胶。实验结果表明:该温度响应聚离子液体水凝胶的透明性在不同的温度下可以实现可逆改变。同时,该温度响应聚离子液体水凝胶对形变具有较好的传感性能并表现出优异的抗菌活性,对金黄色葡萄球菌的抗菌率高达100%,对大肠杆菌的抗菌率可达92%。
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