纳米纤维素聚丙烯酸-聚丙烯酰胺导电双网络水凝胶的制备及其在传感器上的应用研究.docx
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1、纳米纤维素/聚丙烯酸-聚丙烯酰胺导电双网络水凝胶的制备及其在传感器上的应用研究作者:郑春晓王帆桑晨钮那俪莎周健张勇富指导老师:韩景泉摘要:本研究将AA(丙烯酸)和AM(丙烯酰胺)单体通过自由基聚合及物理交联构建PAAAM(聚丙烯酸-聚丙烯酰胺)水凝胶的基本骨架,再将TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌咤-1-氧基)纳米纤维素-石墨烯(TOCN-GN)纳米导电复合物作为纳米增强相均匀分散到水凝胶基体中,通过物理交联水凝胶中的竣基形成离子配位键,建立更加紧密的交联网络,合成双重物理交联TOCN-GN/PAAAM复合水凝胶。TOCNS起到了纳米增强和协助分散GN的双重作用,而GN在提高力学性能的同时
2、,也赋予水凝胶优异的导电性能。通过对复合水凝胶的化学结构、微观形貌、力学强度和导电性能等分析发现:当ToCNS的质量分数为2.0%,GN的质量分数为0.7乐Fe浓度为0.10mo1/1时,导电水凝胶的综合性能最佳,如良好的抗压强度(2.15MPa)、可拉伸性(当断裂伸长率为568.4%时,拉伸应力到达132.0kPa)、优异的自恢复性能和抗疲劳能力(60Inin内恢复效率高达92.1酚。由于GN和Fb的存在,TOCNs可协助GN形成良好的导电通路,电导率可达2.49SZmo此类复合导电水凝胶有望在可穿戴传感设备领域得以应用。关键词:纳米纤维素;双网络;物理交联;导电水凝胶;石墨烯Prepara
3、tionofce11u1osenanofibers/po1yacry1icacid-po1yacry1amideconductivedoub1enetworkhydroge1anditsapp1icationinsensorAuthor:ZHENGChunxiaoWANGFANSANGChenyuNA1ishaZHOUJ1ANZHANGFuyongInstructor:HANJingquanAbstract:Hydroge1iscomposedofa1argeamountofwaterandathree-dimensiona1hydrophi1icpo1ymernetwork.Asatypeo
4、fsmarthydroge1,e1ectroconductiveHydroge1s(ECHs)combinetheexce11entpropertiesofhydroge1ssuchassoftnessandeaseofProCeSSing,biocompatibi1ity,highhydrationwiththeredoxactivityofconductivemateria1s,mu1ti-1eve1micro-nanostructuresande1ectrica1conductivity.However,thetraditiona1ECHshave1owconductivity,andt
5、heaggregationofconductivenanopartic1esinpo1ymernetworksusua11yimpairsthemechanica1propertiesofthecompositehydroge1materia1,wh沁hgreat1y1imitstheextensiveapp1icationofECHs.Dua1physica11ycross-1inkedhydroge1shavedrawnmuchattentionduetotheirexce11entmechanica1performance.Theyhavepreparedhigh-strengthhyd
6、roge1sbyconstructinganidea1networkstructure,whichhasgreat1yimprovedthemechanica1propertiesofcompositehydroge1s.Thebasicske1etonofPAAAM(po1yacry1icacid-po1yacry1amide)hydroge1wasconstructedbythefreeradica1po1ymerizationandphysica1cross-1inkingofAA(acry1icacid)andAM(acry1amide)monomers,theTEMPO-oxidiz
7、edce11u1osenanofibers-graphene(TOCN-GN)nanocomp1exeswereuniform1ydispersedintothehydroge1matrixasareinforcingphase,andFe3+wasthenintroducedintothecross-1inkednetworksandinteractedwiththecarboxy1groupsofhydroge1throughtheioniccoordinationtosynthesizeTOCN-GN/PAAAMhydroge1swithacompactdoub1ecross-1inke
8、dnetwork.Dua1functiona1TOCNscannoton1yenhancethehydroge1matrix,butassistGNstobewe11dispersedtoforma3Dnetworkstructure.Dua1functiona1GNscanimprovethemechanica1propertiesandendowthehydroge1withexce11ente1ectrica1conductivitythroughthecharacterizationandana1ysisoftheirchemica1structure,micromorpho1ogy,
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