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高拉伸聚氨酯弹性体的制备及其在柔性传感器上的应用

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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：王瑶芝广州大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：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

基于水性聚氨酯的高拉伸电阻式柔性传感器研究

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基于水性聚氨酯的高拉伸电阻式柔性传感器研究

作者：夏攀攀合肥工业大学

学位级别：硕士

近年来,作为新一代人工智能领域的关键共性技术,柔性传感器因其具有良好的柔韧性和延展性在可穿戴设备、虚拟现实、医疗器械和机器人等领域展现出广泛的应用价值。然而,具有大拉伸应变的柔性传感器应变系数较低,对于人体生理信号如呼吸... 详细信息

近年来,作为新一代人工智能领域的关键共性技术,柔性传感器因其具有良好的柔韧性和延展性在可穿戴设备、虚拟现实、医疗器械和机器人等领域展现出广泛的应用价值。然而,具有大拉伸应变的柔性传感器应变系数较低,对于人体生理信号如呼吸、脉搏等信号很难高精度检测;采用微结构的柔性传感器虽具有较高灵敏度但检测范围有限,在人体运动、数据手套和智能假肢等大应变应用中受到限制。在本项研究中,采用聚氨酯基导电复合材料并结合双层裂纹结构实现柔性传感器的宽应变检测范围和高灵敏度特性。首先选用水性聚氨酯作为基体材料、接枝修饰水性聚氨酯的改性多壁碳纳米管作为导电填料,制作一种高拉伸柔性应变敏感单元,所制作的传感器具有120%的工作应变范围。其次设计并结合一种带裂纹的双应变敏感层传感单元结构,该结构可以有效地提升传感器灵敏度,实现可高达2000的应变系数。同时,借助丝网印刷工艺制作该双层规则裂纹结构柔性传感器,分析了丝网印刷过程中网版目数、印刷压力、刮板角度和印刷次数对制作传感器的影响,使得制备的柔性传感单元具有高的一致性。此外,该柔性传感器还具有快速的响应时间(90 ms)、良好的长期稳定性(>1000次循环)和滞后特性。柔性传感器的优异特性使其应用于人体生理和运动信号检测,还成功应用于主从手控制、摩斯电码通信和预防老年人跌倒报警的人体运动姿态识别,识别率为70%以上。这些应用为医疗健康和人机交互领域提供了新的解决方案,具有重要的应用价值。

关键词：聚氨酯裂纹结构丝网印刷高拉伸运动检测

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新型高拉伸离子凝胶的构筑及其机理研究

新型高拉伸离子凝胶的构筑及其机理研究

作者：刘佳航河北大学

学位级别：硕士

离子凝胶作为凝胶聚合物电解质材料,在柔性储能装置以及可穿戴电子设备、柔性传感器等器件上的应用需求越来越多。为满足功能性和智能性设备的可拉伸和扭曲变形等需求,制备柔韧性良好具有高拉伸性且导电性良好的离子凝胶电解质成为本领... 详细信息

离子凝胶作为凝胶聚合物电解质材料,在柔性储能装置以及可穿戴电子设备、柔性传感器等器件上的应用需求越来越多。为满足功能性和智能性设备的可拉伸和扭曲变形等需求,制备柔韧性良好具有高拉伸性且导电性良好的离子凝胶电解质成为本领域的研究热点。本论文首先通过物理混合法制备了含有液晶织构的高拉伸可自修复聚乙烯醇(PVA)基物理型离子凝胶,然后通过化学交联法制备了分别以明胶和聚双丙酮丙烯酰胺(PDAAM)为基体的具有化学和物理交联点的高拉伸化学型离子凝胶。并对制备的高拉伸离子凝胶的机械性能、拉伸性能、导电性能、自修复性能等进行了详细的研究,其结果如下:(1)以PVA为基体材料,在氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑盐(AMIMCl)离子液体中,利用物理交联制备了高拉伸且可自修复的离子凝胶。在偏光显微镜下可观察到,随着PVA含量和拉伸程度的增加,液晶现象增强。流变学测试结果表明,随着PVA含量的增加,离子凝胶的储能模量逐渐增加,可达50 KPa,而且凝胶-溶胶转变温度从79 C增加到121 C。力学性能测试结果表明,制备的离子凝胶样品的断裂伸长率能够高达700%,具有优异的拉伸性能。电化学性能测试表明,其室温离子电导率随着离子液体含量的增加而提高,均在1.0×1055 S/cm之上,制备的传感器具有良好的循环稳定性。(2)以明胶为基体材料,在1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐(EMIMAc)离子液体中,进行席夫碱反应合成了具有优异自修复性能、高拉伸性能的新型化学交联型离子凝胶。流变学测试显示,这些离子凝胶的储能模量随着明胶含量和交联剂含量的增加而增加,温度扫描结果表明,随着温度的升高,物理交联点被破坏而使体系模量有所降低,但化学交联网络在高温140 C时仍不会被破坏,使得体系具有优异的热机械稳定性能。力学测试结果表明所制备的离子凝胶具有高拉伸性能,其断裂伸长率能高达400%左右。所有凝胶样品的室温电导率高于1.0×1033 S/cm,基于这种离子凝胶电解质组装成的超级电容器具有温度依赖性的比电容和出色的柔韧性。(3)以聚双丙酮丙烯酰胺(PDAAM)为基体材料,端丙烯酸酯基超支化聚酯(HP-A)为交联剂,在1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(BMIMTFSI)离子液体中制备了既有分子链间氢键相互作用形成的物理交联点又有超支化大分子构筑的化学交联中心的新型高拉伸离子凝胶电解质材料。测试结果表明,随着基体含量和交联剂含量的增加,储能模量逐渐增加,高达10 Pa左右。随着交联剂含量的增加,其断裂伸长率虽有所减小,但是强度却逐渐增强,所制备的离子凝胶的断裂伸长率最高可达1200%左右。所有凝胶样品的室温电导率均在1.0×1033 S/cm以上,具有潜在的应用价值。

关键词：离子凝胶凝胶聚合物电解质高拉伸自修复离子电导率

基于柔性高拉伸传感器的人体运动姿态检测系统研究

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基于柔性高拉伸传感器的人体运动姿态检测系统研究

作者：郝超合肥工业大学

学位级别：硕士

随着科学技术的进步与发展,对人体运动姿态信息的检测与分析是一种已经应用于多个领域且不可或缺的技术。可穿戴设备尤其是柔性可拉伸传感器的迅速发展给人体姿态检测提供了一个全新的解决方案。本文选用具有超高拉伸性能的橡胶聚合物... 详细信息

随着科学技术的进步与发展,对人体运动姿态信息的检测与分析是一种已经应用于多个领域且不可或缺的技术。可穿戴设备尤其是柔性可拉伸传感器的迅速发展给人体姿态检测提供了一个全新的解决方案。本文选用具有超高拉伸性能的橡胶聚合物为拉伸基底,炭黑和单壁碳纳米管为导电填料,设计制作了一种用于人体姿态检测的柔性高拉伸传感器。研究导电填料组分配比及不同制备工艺对柔性拉伸传感器拉伸性能和电学性能的影响。对基于炭黑/碳纳米管/橡胶聚合物的柔性高拉伸传感器进行了微观表征与特性分析,研究了柔性高拉伸传感器的静态特性与动态特性。实验结果表明,该柔性高拉伸传感器不仅具有超高的拉伸率,并且具备优异的动态特性,满足人体运动姿态检测的要求。基于所制备的柔性高拉伸传感器,设计了信号采集、处理电路,结合滑动时间窗法对传感器数据进行采样,并对窗口内数据进行人体运动姿态的特征参数提取。利用BP神经网络,建立人体运动姿态特征参数与不同姿态间的映射关系。选取训练样本对该BP神经网络进行训练得到人体姿态分析模型,使用测试样本对该模型进行测试。实验结果显示,该检测系统可以实现对四种不同人体姿态综合86%的正确识别率。验证了制备的基于炭黑/单壁碳纳米管/橡胶聚合物的高拉伸传感器应用于人体姿态检测的可行性。

关键词：拉伸传感器炭黑/碳纳米管高拉伸动态特性人体姿态检测

弱相互作用构筑高拉伸、高韧性、抗疲劳水凝胶

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弱相互作用构筑高拉伸、高韧性、抗疲劳水凝胶

具有可降解再加工自修复性的高拉伸聚二甲基硅氧烷弹性体

中国化学会2017全国高分子学术论文报告会

作者：李文翔胡亮苏州大学

聚合物水凝胶材料在组织工程、药物缓释、干细胞分化等领域有着广泛的应用价值。传统的水凝胶材料由于聚合物交联网络的不均一性,机械性能差,严重地阻碍了其应用。在本文中,我们通过将丙烯酰胺（AAm）与丙烯酸（AAc）单体加入至阳离子... 详细信息

聚合物水凝胶材料在组织工程、药物缓释、干细胞分化等领域有着广泛的应用价值。传统的水凝胶材料由于聚合物交联网络的不均一性,机械性能差,严重地阻碍了其应用。在本文中,我们通过将丙烯酰胺（AAm）与丙烯酸（AAc）单体加入至阳离子聚电解质聚二甲基二烯氯化铵（PDADMAC,Mw=100,000-200,000）中,利用光引发聚合制备具有氢键与离子键的水凝胶Poly（AAm-co-AAc）/PDADMAC,其含水量大于75%。其中,离子键不仅具有较高的化学键能,而且离子-离子相互作用具有可逆性。因此获得的水凝胶含水量能有效阻止应力集中和裂纹扩散,表现出优异的拉伸性能（600%-1600%）,韧性（1.07±0.2MJ/m3）和优异的抗疲劳特性。其在压缩形变量达到80%时仍未损坏,同时在外力撤除后能够回复原貌,具有较高的强度与弹性回复性。该水凝胶在辐射损伤敷料等领域具有应用价值。

关键词：离子键阳离子聚电解质水凝胶高拉伸抗疲劳

来源： cnki会议评论

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具有可降解再加工自修复性的高拉伸聚二甲基硅氧烷弹性体

第十四届中国橡胶基础研究研讨会

作者：郑俊萍吕弛赵恺丰天津大学材料科学与工程学院高分子系

聚硅氧烷弹性体以其优异的化学稳定性,柔性,疏水性和生物相容性等性能,受到了科研工作者的广泛关注。然而在长期的使用过程中,材料的损伤难以避免,这不仅容易引起安全问题,也造成了资源的浪费。因此发展可降解,可再加工和自修复的材料... 详细信息

聚硅氧烷弹性体以其优异的化学稳定性,柔性,疏水性和生物相容性等性能,受到了科研工作者的广泛关注。然而在长期的使用过程中,材料的损伤难以避免,这不仅容易引起安全问题,也造成了资源的浪费。因此发展可降解,可再加工和自修复的材料具有现实意义。目前,不同的动态共价键和动态非共价键被用于自修复材料的制备。由于动态键作为交联点,材料在拉伸过程中更容易断裂,因此大多数自修复材料不具有高拉伸性能,制备高拉伸的自修复材料仍然是一个挑战。近年来,构筑牺牲键被证明是一种改善拉伸性能和力学强度的有效方法,但已报道的牺牲键体系往往涉及一个牺牲的动态键和一个永久共价键,这使得材料的降解和再加工难以实现。在本工作中,我们通过同时引入芳香族双硫键和亚胺键,设计了一种双动态共价牺牲体系,为此类材料的降解和再加工提供了一种可行的策略。研究结果表明,制备的聚二甲基硅氧烷弹性体断裂伸长率可达2200%;在室温下修复4h,修复效率可达95%。此外,该弹性体具有优异的再加工性能和降解性能,在多次压制成型后力学性能未见明显下降·;分别在三氟乙酸、乙氧基胺、苯甲醛等存在下,实现了三种方式的快速完全降解。

关键词：聚二甲基硅氧烷弹性体降解高拉伸自修复再加工

来源： cnki会议评论

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外墙渐变高拉伸抗裂系统的研究与应用

中国城市经济 2011年第23期 214-215页

作者：闫复武靳洪文马宁泰安市华新建材有限责任公司山东泰安271000

首先分析了外墙外保温产生裂缝的原因,然后从柔性防裂角度出发,分析了外墙渐变高拉伸抗裂系统在解决外墙外保温开裂问题上的理论依据和优势。

关键词：外墙外保温柔性高拉伸抗裂系统

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聚氨酯离子凝胶传感器的制备及性能

高分子材料科学与工程 2023年第6期39卷 138-145页

作者：许峻槐王海波杜晓声杜宗良四川大学轻工科学与工程学院四川大学皮革化学与工程教育部重点实验室四川成都610065

以聚氨酯为聚合物网络、离子液体(1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺,EMIM:DCA)为导电介质,通过共混后干燥成膜的方式制备了具有不同EMIM:DCA含量的导电离子凝胶。采用万能试验机、电化学工作站和差示扫描量热仪对离子凝胶进行了表征。结果表明,... 详细信息

以聚氨酯为聚合物网络、离子液体(1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺,EMIM:DCA)为导电介质,通过共混后干燥成膜的方式制备了具有不同EMIM:DCA含量的导电离子凝胶。采用万能试验机、电化学工作站和差示扫描量热仪对离子凝胶进行了表征。结果表明,随着EMIM:DCA含量的增加,离子凝胶的力学性能下降,离子电导率上升。其中EMIM:DCA质量分数为30%的离子凝胶(WPU/IL-30)的综合性能最佳,拉伸强度为0.85 MPa,断裂伸长率为264%,离子电导率为0.5 mS/cm,并且具有出色的抗冻性能(Tg=-27.6℃)。利用便携式传感测试仪研究了离子凝胶的应变传感性能,结果表明,WPU/IL-30传感器能够规律且稳定地将人体的运动状态转换为电信号传输到手机终端,且各项性能不会受到储存时间和环境温度的影响。此外,传感器在经过200次50%的循环拉伸后,传感性能依旧保持稳定,具有良好的耐疲劳性。

关键词：离子液体离子凝胶应变传感器高拉伸抗冻凝胶

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动态聚合物及其特殊性能

高分子材料科学与工程 2021年第1期37卷 261-266,291页

作者：张欢杨是佳刘文星乔志阳珠生赵宁朱才镇徐坚中国科学院化学研究所高分子物理与化学实验室北京100190 深圳大学化学与环境工程学院广东深圳518060

动态聚合物因结构中含有动态键而会在外界刺激(如光、热及pH等)下做出响应,因此具备一些特殊性能,成为高分子材料领域一个重要的研究方向。动态键包括动态非共价键和动态共价键,文中简要介绍了2类动态键的特点及常见的动态键,进一步回... 详细信息

动态聚合物因结构中含有动态键而会在外界刺激(如光、热及pH等)下做出响应,因此具备一些特殊性能,成为高分子材料领域一个重要的研究方向。动态键包括动态非共价键和动态共价键,文中简要介绍了2类动态键的特点及常见的动态键,进一步回顾和总结了动态聚合物的自修复、高拉伸、可回收、形状记忆等特殊性能,并简要对动态聚合物所面临的挑战和关键问题进行了展望。

关键词：动态键动态聚合物自修复高拉伸可回收形状记忆