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    聚乙烯醇/聚吡咯復(fù)合導(dǎo)電水凝膠應(yīng)變傳感器的制備及性能

    2021-03-18 15:10:34馬忠雷馬建中
    關(guān)鍵詞:吡咯導(dǎo)電電導(dǎo)率

    王 杰,李 瑩,邵 亮,白 陽(yáng),馬忠雷,馬建中

    (1.陜西科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院,陜西省輕化工助劑重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中國(guó)輕工業(yè)輕化工助劑重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安710021;2.綿陽(yáng)京東方光電科技有限公司,綿陽(yáng)621000;3.陜西科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院,西安710021)

    水凝膠[1,2]作為一種智能材料吸引了許多科技工作者的興趣.其由一種或多種親水性高分子或聚合物通過(guò)共價(jià)鍵、氫鍵或離子鍵等作用交聯(lián)形成,類似于天然細(xì)胞組織,具有很強(qiáng)的吸水能力和形成氫鍵的能力;其性質(zhì)柔軟,具有與生物組織相似的良好柔韌性、優(yōu)良的拉伸性和自我修復(fù)能力,能保持一定的形狀,是一類具有發(fā)展前景的生物材料,可以適應(yīng)多種復(fù)雜的環(huán)境,因此成為可穿戴或可植入式電子設(shè)備[3~6]所需材料的理想候選者.

    導(dǎo)電聚合物[7]是一類具有與無(wú)機(jī)半導(dǎo)體和金屬類似的獨(dú)特電學(xué)和光學(xué)特性的有機(jī)材料,其合成方法簡(jiǎn)單且成本效益高.在常見(jiàn)的導(dǎo)電聚合物中,聚吡咯[8~13]因電化學(xué)性能優(yōu)異、穩(wěn)定性和相容性較好、易于制備而被廣泛用于制備導(dǎo)電復(fù)合材料.但由于其具有剛性、易碎和疏水的特點(diǎn),且拉伸性不佳,因此難以滿足諸如應(yīng)變傳感器、超級(jí)電容器及生物醫(yī)學(xué)設(shè)備等的要求.聚乙烯醇(PVA)水凝膠[14~16]具有良好的生物相容性,且成本低廉、制備過(guò)程簡(jiǎn)單,但一般的PVA水凝膠導(dǎo)電性不佳,而且不能兼具高強(qiáng)度和高韌性,應(yīng)用于柔性傳感器時(shí)因靈敏度低、延展性有限和穩(wěn)定性差而受限.如Ge等[17]以一種利用丙烯酰胺和聚乙烯醇制備的二元網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電水凝膠作為壓力傳感器,發(fā)現(xiàn)該復(fù)合水凝膠的最大拉應(yīng)力僅為183.8 kPa;Liu等[18]利用聚乙烯醇和聚乙烯基吡咯烷酮共價(jià)交聯(lián)、Fe3+交聯(lián)納米微晶纖維素成功制備得到功能網(wǎng)絡(luò)水凝膠,但是其作為應(yīng)變傳感器的靈敏度因子僅為0.478.為了進(jìn)一步提高聚乙烯醇復(fù)合水凝膠的力學(xué)性能和靈敏性,本課題組[19]以聚乙烯醇為原料,植酸(PA)作為第一種交聯(lián)劑(其電離出氫離子以賦予材料離子導(dǎo)電能力),再以氨基-聚倍半硅氧烷(NH2-POSS,NP)作為第二種交聯(lián)劑(用于增加三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的交聯(lián)密度),制得了PVA/PA/NP水凝膠.在將其用作應(yīng)變傳感器時(shí),其拉伸強(qiáng)度可達(dá)361 kPa,斷裂伸長(zhǎng)率為363%,電導(dǎo)率為2.41 S/m,靈敏度因子可達(dá)3.44,所得PVA復(fù)合水凝膠同時(shí)具有較好的機(jī)械強(qiáng)度和應(yīng)變敏感性,促進(jìn)了PVA復(fù)合水凝膠的研究并擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍.

    為了進(jìn)一步改善水凝膠的導(dǎo)電性和靈敏性,本文在前期研究基礎(chǔ)之上,結(jié)合水凝膠和導(dǎo)電聚合物的內(nèi)在特性,以PVA/PA/NP水凝膠作為模板,通過(guò)吡咯(Py)的原位聚合制得PVA/PA/NP-PPy復(fù)合導(dǎo)電水凝膠,克服了聚吡咯材料易脆和疏水的特性,其電導(dǎo)率高達(dá)7.53 S/m,靈敏度因子可達(dá)6.796,與本課題組之前的工作相比,該水凝膠應(yīng)變傳感器的靈敏度同比提升了97%.

    1 實(shí)驗(yàn)部分

    1.1 試劑與儀器

    聚乙烯醇(PVA 1788,醇解度:87.0%~89.0%),上海阿拉丁生化科技有限公司;植酸、吡咯(使用前減壓蒸餾),上海麥克林生化科技有限公司;氨基-聚倍半硅氧烷,挪威科學(xué)與技術(shù)工程研究所;過(guò)硫酸銨(APS),天津市紅巖試劑廠;異丙醇(IPA),天津市天力化學(xué)試劑有限公司.

    VERTEX-70型傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)和D8 Advance型X射線衍射儀(XRD),德國(guó)布魯克公司;FEI Verios 460型掃描電子顯微鏡(SEM),美國(guó)FEI公司;AI-7000-NGD型伺服材料多功能高低溫控制試驗(yàn)機(jī),高特威爾(東莞)有限公司;PARSTAT MC型電化學(xué)工作站,美國(guó)Ametek公司.

    1.2 PVA/PA/NP水凝膠的制備

    將0.5 g PVA和0.1250 g NH2-POSS溶于3 mL去離子水中,于90℃油浴中攪拌0.5 h,直至溶液混合均勻;向溶液中加入2 mL植酸,繼續(xù)攪拌1.5 h,直至溶液變?yōu)闊o(wú)色透明;將混合溶液置于超聲波清洗器中,超聲振蕩0.5 h,直至溶液中的氣泡消失;將獲得的混合溶液倒入模具中,在-20℃下冷凍21 h,然后在室溫下放置約3 h進(jìn)行解凍(記為一次凍融循環(huán)),重復(fù)凍-融循環(huán)3次,即獲得PVA/PA/NP水凝膠.將PVA/PA/NP水凝膠于大量蒸餾水中放置24 h,在此期間多次更換蒸餾水,以達(dá)到溶脹平衡和純化水凝膠的目的.

    1.3 PVA/PA/NP-PPy水凝膠的制備

    將0.274 g(1.2 mmol)過(guò)硫酸銨溶解在0.5 mL去離子水中得到溶液A;將84 mL吡咯與0.5 mL異丙醇混合,再加入0.184 mL植酸制備溶液B;將溶液A和溶液B同時(shí)放入冰箱中使其快速冷卻至約4℃;將溶液A快速倒入溶液B中并快速用玻璃棒攪拌,然后在冰浴條件下反應(yīng)24 h,得到純PPy水凝膠[20].為了制備PVA/PA/NP-PPy,在冰浴條件下,將制得的PVA/PA/NP水凝膠浸泡在溶液A和B的混合溶液中反應(yīng)24 h;然后依次浸入過(guò)量乙醇(12 h)和去離子水(24 h)中進(jìn)行純化,最后得到PVA/PA/NP-PPy復(fù)合導(dǎo)電水凝膠.當(dāng)溶液B中加入的吡咯單體的濃度分別為0.2,0.4,0.6,0.8,1.0和1.2 mol/L時(shí),所得樣品分別標(biāo)記為PVA/PA/NP-PPy-0.2~PVA/PA/NP-PPy-1.2.

    1.4 應(yīng)變傳感器的制備

    將銅線連接到水凝膠(20 mm×10 mm×1 mm)的兩側(cè),使用銅膠帶固定水凝膠矩形條于皮膚表層,分別檢測(cè)手指、手腕、拳頭及人體的各種關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng).

    1.5 電導(dǎo)率計(jì)算

    水凝膠的電導(dǎo)率測(cè)量是在電化學(xué)工作站上進(jìn)行的.通過(guò)使用兩電極系統(tǒng)將尺寸為20 mm×10 mm×1 mm的水凝膠夾在兩個(gè)鉑片電極之間,水凝膠的電阻(R,Ω)由電流-電壓(I-V)曲線通過(guò)下式計(jì)算得出[21]:

    式中:U(V)為開(kāi)路電壓;I(A)為與開(kāi)路電壓相對(duì)應(yīng)的電流.

    根據(jù)下式計(jì)算水凝膠的電導(dǎo)率(σ,S/m):

    式中:L(m)為水凝膠的長(zhǎng)度;S(m2)為水凝膠的橫截面積.

    1.6 相對(duì)電阻變化及靈敏度因子計(jì)算

    為了評(píng)估水凝膠作為應(yīng)變傳感器的性能,通過(guò)電化學(xué)工作站研究了其在不同拉伸應(yīng)變下的相對(duì)電阻變化和靈敏度因子,根據(jù)不同應(yīng)變下的電流-電壓曲線計(jì)算電阻的相對(duì)變化(ΔR/R0,其中ΔR=R-R0,R0和R分別是施加應(yīng)變前后的電阻).

    靈敏度因子(GF)按下式計(jì)算:

    式中:l0(m)和l(m)分別為施加應(yīng)變前后水凝膠的長(zhǎng)度.

    2 結(jié)果與討論

    2.1 復(fù)合導(dǎo)電水凝膠的物理特性

    由于純PPy水凝膠本身固有的易脆、疏水特性,因此制得的PPy水凝膠機(jī)械性能較差.圖1(A)給出不同摩爾濃度的純PPy水凝膠的數(shù)碼照片.可以看出,當(dāng)吡咯的濃度為0.2 mol/L時(shí),水凝膠無(wú)法成型,呈現(xiàn)比較松散的狀態(tài);隨著吡咯濃度的增加,其成型性有所改變,但通常不能承受大的變形,這限制了其在軟電子設(shè)備中的實(shí)際應(yīng)用.為了克服這一缺點(diǎn),在不同吡咯摩爾濃度下制備了PVA/PA/NPPPy水凝膠[圖1(B)],可以看出其在水中可以保持一定的形狀.

    Fig.1 Digital photos of PPy(A)and PVA/PA/NP-PPy composite conductive hydrogels(B)prepared with different Py molar concentrations

    Scheme 1為水凝膠的交聯(lián)原理示意圖,以PVA/PA/NP水凝膠為模板,其形成機(jī)理可參考本課題組前期工作[19].以PVA/PA/NP水凝膠為基礎(chǔ)原位聚合吡咯,得到PVA/PA/NP-PPy復(fù)合導(dǎo)電水凝膠,通過(guò)摁壓水凝膠可以看出其柔韌性與機(jī)械性能良好,表明其適于應(yīng)用到柔性可穿戴應(yīng)變傳感器領(lǐng)域.

    Scheme 1 Schematic diagram of PVA/PA/NP-PPy composite conductive hydrogel

    2.2 復(fù)合導(dǎo)電水凝膠的結(jié)構(gòu)表征

    圖2 (A)為水凝膠樣品的紅外光譜圖.在PVA/PA/NP的紅外譜圖中,3217 cm-1處的吸收峰歸屬于羥基的吸收峰,1086 cm-1處的吸收峰歸屬于籠狀結(jié)構(gòu)NH2-POSS的Si—O—Si[22],993 cm-1處的吸收峰歸屬于PA的PO43-基團(tuán)[23].在PPy的紅外譜圖中,1545 cm-1處的吸收峰屬于PPy的特征峰,是由吡咯環(huán)中C=C和C—C鍵的環(huán)內(nèi)拉伸振動(dòng)及C=C和C—N鍵的拉伸振動(dòng)引起的;1473 cm-1處的峰歸屬于C—N的拉伸振動(dòng),1043和904 cm-1處的峰歸屬于C—H面外彎曲振動(dòng)[20,24].PVA/PA/NP-PPy復(fù)合導(dǎo)電水凝膠的紅外譜圖中既有PPy的特征吸收峰,又有PVA/PA/NP的特征吸收峰,證明得到了目標(biāo)產(chǎn)物.

    從圖2(B)可以看出,PVA/PA/NP水凝膠在2θ=20°處有明顯的特征結(jié)晶吸收峰,這是由于其內(nèi)部有PVA微晶形成;PPy在2θ=20°~30°之間有一個(gè)峰形較寬的衍射峰,這是因?yàn)镻Py是一種無(wú)定形結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)聚合物[25];PVA/PA/NP-PPy-0.8復(fù)合導(dǎo)電水凝膠在2θ=20°和25°出現(xiàn)了2個(gè)峰形較窄的衍射峰,表明其同時(shí)具有PVA/PA/NP和PPy的特征衍射峰,進(jìn)一步驗(yàn)證了目標(biāo)產(chǎn)物的形成.

    Fig.2 FTIR spectra(A)and XRD patterns(B)of hydrogel samples

    圖3 分別為冷凍干燥后的PVA/PA/NP水凝膠、PPy水凝膠和PVA/PA/NP-PPy復(fù)合導(dǎo)電水凝膠樣品的截面SEM照片.可以看出,PVA/PA/NP水凝膠呈現(xiàn)三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[圖3(A)],純PPy水凝膠呈現(xiàn)相互連接的球形結(jié)構(gòu)[圖3(B)].將PPy與PVA/PA/NP水凝膠復(fù)合后[圖3(C)],PVA/PA/NP-PPy復(fù)合導(dǎo)電水凝膠呈現(xiàn)出上下不同的結(jié)構(gòu),這是由于該水凝膠是通過(guò)以PVA/PA/NP水凝膠為模板吸附吡咯單體,然后引發(fā)吡咯單體原位聚合制備的,PVA/PA/NP水凝膠四周形成了大量的聚吡咯,而水凝膠中心部分由于吸附的吡咯單體較少,生成的聚吡咯也相對(duì)較少.由圖3(C)可見(jiàn),PVA/PA/NP-PPy復(fù)合導(dǎo)電水凝膠上層(即內(nèi)層)PVA/PA/NP水凝膠呈現(xiàn)三維網(wǎng)絡(luò)多孔結(jié)構(gòu),主要體現(xiàn)了水凝膠的微觀形貌;而下層(即外層)主要體現(xiàn)了聚吡咯的微觀形貌,其呈球形結(jié)構(gòu).上、下兩層緊密連接,進(jìn)一步證明兩種材料成功地進(jìn)行了復(fù)合.當(dāng)吡咯單體濃度高達(dá)1.2 mol/L時(shí)[圖3(D)],與吡咯單體濃度為0.8 mol/L時(shí)相比,復(fù)合導(dǎo)電水凝膠內(nèi)部的聚吡咯易產(chǎn)生堆積和集聚.

    Fig.3 SEM images of PVA/PA/NP(A),PPy(B),PVA/PA/NP-PPy-0.8(C)and PVA/PA/NP-PPy-1.2(D)composite couductive hydrogels

    2.3 復(fù)合導(dǎo)電水凝膠的力學(xué)性能

    圖4 (A)示出了PVA/PA/NP-PPy復(fù)合導(dǎo)電水凝膠在不同應(yīng)變下的加載-卸載循環(huán)拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線.可以發(fā)現(xiàn),該水凝膠在100%應(yīng)變之前表現(xiàn)出可忽略的滯后;當(dāng)樣品拉伸至125%時(shí),出現(xiàn)明顯的滯后環(huán),證明所制備的復(fù)合導(dǎo)電水凝膠具有兩個(gè)不同的性質(zhì).一方面,在低幅度變形的情況下,該水凝膠表現(xiàn)出典型的橡膠彈性行為;另一方面,在高振幅變形中,該水凝膠具有良好的自恢復(fù)性[18].圖4(B)示出了PVA/PA/NP-PPy復(fù)合導(dǎo)電水凝膠在200%的應(yīng)變下進(jìn)行3次連續(xù)的加載-卸載試驗(yàn)后的應(yīng)力-應(yīng)變曲線.可見(jiàn),其在第一次循環(huán)時(shí)具有明顯的滯后現(xiàn)象,卸載后具有較小不可恢復(fù)的變形,表明該水凝膠內(nèi)部的結(jié)構(gòu)具有有效的能量消散途徑;第二次循環(huán)后其不可恢復(fù)的變形非常小,并且在連續(xù)的加載-卸載循環(huán)后幾乎保持不變,表明后面兩次連續(xù)加載-卸載過(guò)程中水凝膠沒(méi)有明顯軟化,表現(xiàn)出明顯的抗疲勞能力.

    Fig.4 Cyclic tensile curves of PVA/PA/NP-PPy-0.8 composite conductive hydrogel

    2.4 柔性可穿戴應(yīng)變傳感器的傳感性能

    圖5 (A)~(F)示出了不同Py摩爾濃度下制備的PVA/PA/NP-PPy復(fù)合導(dǎo)電水凝膠在不同應(yīng)變下的I-V曲線,電壓范圍為0~2 V.圖中電流與施加的電壓呈線性關(guān)系,并且隨著吡咯摩爾濃度的增加,I-V曲線的斜率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì);隨著應(yīng)變的增加,同一樣品的I-V曲線斜率逐漸減小.

    Fig.5 I-V curves of PVA/PA/NP-PPy-0.2(A),PVA/PA/NP-PPy-0.4(B),PVA/PA/NP-PPy-0.6(C),PVA/PA/NPPPy-0.8(D),PVA/PA/NP-PPy-1.0(E)and PVA/PA/NP-PPy-1.2(F)composite conductive hydrogels at different strains

    當(dāng)吡咯單體濃度為0.8 mol/L時(shí)[圖5(D)],水凝膠I-V曲線的斜率達(dá)到最高,表明水凝膠內(nèi)部的電阻先減小后增大,電導(dǎo)率先增大后減小.計(jì)算了不同摩爾濃度的PVA/PA/NP-PPy復(fù)合導(dǎo)電水凝膠的電導(dǎo)率.由圖6(A)可見(jiàn),當(dāng)吡咯濃度為0.8 mol/L時(shí),復(fù)合水凝膠電導(dǎo)率可以高達(dá)7.53 S/m.這是因?yàn)楫?dāng)不加聚吡咯時(shí),PVA/PA/NP水凝膠的導(dǎo)電機(jī)理為植酸電離的氫離子在內(nèi)部的三維多孔網(wǎng)絡(luò)中自由穿梭,從而賦予材料離子導(dǎo)電能力;當(dāng)加入聚吡咯后,由于聚吡咯本身具有導(dǎo)電能力,兩者復(fù)合之后導(dǎo)電性明顯提高.但當(dāng)吡咯單體濃度過(guò)高時(shí),水凝膠內(nèi)部的聚吡咯易產(chǎn)生堆積和集聚[圖3(D)],有可能會(huì)堵塞三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),從而限制了氫離子的傳輸能力,因此吡咯的濃度不宜過(guò)低或過(guò)高.實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)表明,當(dāng)吡咯單體濃度為0.8 mol/L時(shí),PVA/PA/NP-PPy復(fù)合導(dǎo)電水凝膠的電導(dǎo)率最優(yōu).

    根據(jù)水凝膠變形時(shí)產(chǎn)生的電流變化計(jì)算了不同摩爾濃度的PVA/PA/NP-PPy復(fù)合導(dǎo)電水凝膠的相對(duì)電阻變化[圖6(B)],并且通過(guò)計(jì)算和線性擬合得到線性擬合曲線.結(jié)果表明,吡咯單體濃度為0.4 mol/L時(shí)制備的復(fù)合導(dǎo)電水凝膠傳感器在0~160%的高幅度變形下的靈敏度因子(GF=6.796)最優(yōu)(圖7),按照相同的擬合方法得到PVA/PA/NP-PPy-0.2,PVA/PA/NP-PPy-0.6,PVA/PA/NP-PPy-0.8,PVA/PA/NP-PPy-1.0和PVA/PA/NP-PPy-1.2復(fù)合導(dǎo)電水凝膠的GF分別為6.498,5.566,4.259,4.293和4.396.通過(guò)與相關(guān)工作對(duì)比可以看出(圖8),本文制備的水凝膠傳感器工作的靈敏度因子優(yōu)于文獻(xiàn)報(bào)道的水平[17~19,26~28],并且相對(duì)于本課題組之前的研究工作有了明顯的提升.

    Fig.6 Conductivity(A)and relative resistance change(B)of PVA/PA/NP-PPy composite conductive hydrogels

    Fig.7 Linear fitting curve ofΔR/R0-strain of PVA/PA/NP-PPy-0.4 at different strains

    Fig.8 Comparisons of gauge factor(GF)of hydrogels as strain sensors

    將PVA/PA/NP-PPy-0.4復(fù)合導(dǎo)電水凝膠用銅線和銅膠帶固定在皮膚上[圖9(A)],以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄人體不同部位的運(yùn)動(dòng)信號(hào).由圖9(B)可以觀察到,手指的彎曲動(dòng)作可以引起傳感器的變形并導(dǎo)致電流減小,而不彎曲動(dòng)作通過(guò)恢復(fù)變形導(dǎo)致電流增加.將手指的彎曲度從0°增加到90°,2個(gè)動(dòng)作都各保持5 s時(shí),可以觀察到水凝膠傳感器的電流信號(hào)迅速降低到相應(yīng)的值,其電流信號(hào)響應(yīng)時(shí)間僅為0.27 s,恢復(fù)時(shí)間僅為0.31 s.此外,在負(fù)載保持或卸載保持過(guò)程中,水凝膠的電流信號(hào)保持恒定,表明其具有優(yōu)異的電穩(wěn)定性.通過(guò)重復(fù)的加載-卸載實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)水凝膠的時(shí)間-電流曲線顯示出明顯階梯狀的周期性變化,同樣的動(dòng)作重復(fù)進(jìn)行6次,電流信號(hào)還能恢復(fù)到原來(lái)的水平,沒(méi)有明顯的延遲,表明傳感器能夠重復(fù)響應(yīng)并具有高靈敏度.為了進(jìn)一步驗(yàn)證水凝膠傳感器的超快反應(yīng),使其能夠用于人體健康監(jiān)測(cè),測(cè)試了水凝膠在瞬時(shí)快速拉伸變形和恢復(fù)時(shí)的電流,發(fā)現(xiàn)當(dāng)將手指在90°下保持5 s,之后手指的彎曲度從90°迅速減少到0°時(shí),由彎曲和恢復(fù)引起的電流信號(hào)在一個(gè)循環(huán)中表現(xiàn)出快速的上升和下降[圖9(C)].為了證明水凝膠傳感器對(duì)較小形變也具有準(zhǔn)確的應(yīng)變傳感能力,在手指不同的彎曲角度(0°,30°,60°和90°)下檢測(cè)了相對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)值[圖9(D)].當(dāng)手指的彎曲度從90°逐漸減小到60°,30°和0°時(shí),可以觀察到到曲線好像下臺(tái)階一樣顯示出快速的變化.此外,應(yīng)變傳感器也可用于監(jiān)測(cè)人體其他關(guān)節(jié)部位的活動(dòng).圖9(E)顯示出了手握拳和釋放時(shí)的電流響應(yīng)曲線.可以看到握拳引起電流信號(hào)的減小,而握拳釋放引起電流信號(hào)的增加.

    進(jìn)一步評(píng)估了PVA/PA/NP-PPy復(fù)合導(dǎo)電水凝膠應(yīng)變傳感器的機(jī)械穩(wěn)定性和可靠性.由圖9(F)可見(jiàn),隨著循環(huán)次數(shù)的增加,電流信號(hào)緩慢降低,這可能是由水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不完全恢復(fù)所致.雖然I-T曲線有輕微的能量損失,但在200 s的循環(huán)拉伸和釋放過(guò)程中,該曲線沒(méi)有顯示出特別大的變化,表明水凝膠具有較好的耐久性和可重復(fù)性.

    Fig.9 Schematic diagram and I-T curves of the hydrogel as a flexible strain sensor for detecting human activity

    3 結(jié) 論

    以PVA為原料,PA和NH2-POSS為交聯(lián)劑,通過(guò)原位聚合法制備得到PVA/PA/NP-PPy復(fù)合導(dǎo)電水凝膠.循環(huán)拉伸曲線表明該水凝膠具有良好的自恢復(fù)能力,電導(dǎo)率高達(dá)7.53 S/m.PVA/PA/NP-PPy復(fù)合導(dǎo)電水凝膠作為應(yīng)變傳感器最高檢測(cè)電流可達(dá)9.029 mA,靈敏度因子可達(dá)6.796,并且通過(guò)I-T曲線可以成功實(shí)現(xiàn)對(duì)人體的微小活動(dòng)檢測(cè).本文工作進(jìn)一步擴(kuò)大了聚乙烯醇/聚吡咯復(fù)合導(dǎo)電水凝膠的研究領(lǐng)域,在人機(jī)交互界面、健康醫(yī)療檢測(cè)以及未來(lái)的生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值.

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