高拉伸聚氨酯弹性体的制备及其在柔性传感器上的应用

作     者：王瑶芝 

作者单位：广州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐秀彬

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：柔性传感器 聚氨酯弹性体 高拉伸 双交联网络 多壁碳纳米管 

摘      要：随着柔性可穿戴设备在现代化智能领域的快速发展,可拉伸导电聚合物作为柔性应变传感器在运动检测、健康监测、疾病诊断等方面引起了广泛关注。然而传统的应变传感器大多是刚性的,如金属、半导体应变传感器,这大大限制了其在柔性可穿戴设备的应用。聚氨酯弹性体以其优异的拉伸性能和易于加工的特点在柔性应变传感器中发挥着重要的作用。韧性是表征材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力,是一个基本而重要的力学参数。提高材料的强度和韧性是应用化学和材料科学领域相当重视的研究课题,也是制约材料发展的瓶颈。本文设计了合成一种高拉伸、可修复的聚氨酯弹性体,并将弹性体作为基底材料,加入具有高导电性的多壁碳纳米管,成功制备了用于智能检测的柔性传感器,并对材料的一系列性能及其应用进行研究,研究的主要内容如下: (1)以聚乙二醇(PEG)和聚四氢呋喃(PTMG)作为软段,以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)作为硬段,双(3-三乙氧基硅丙基)胺(BTE)作为交联剂,随后加入乙二醇进行扩链。设计了一种动态双交联网络,将化学交联和物理交联作用集成到三维网络结构中,制备得到聚氨酯弹性体(PU-BTE)。所制备的聚氨酯弹性体具有高抗拉强度、高韧性、透明性、可回收性和自愈能力,为可拉伸电子传感器和电极材料的潜在应用提供了基础。 (2)在(1)合成的聚氨酯溶液(PU-BTE)中掺杂不同含量的高纯多壁碳纳米管(CNTs),制备聚氨酯弹性体柔性传感器(PU-BTE-CNTs)。得益于CNTs良好的分散性和纳米尺度以及聚氨酯的三维网络结构,这些电子填料高度渗透到聚氨酯弹性体骨架矩阵中,从而获得了具有高拉伸性能、较好的导电性能、高灵敏度和响应性的PU-BTE-CNTs聚氨酯弹性体柔性传感器。