摘要：目的概述导电水凝胶在柔性可穿戴传感器方面的研究情况,挖掘其作为传感器件的应用潜能。方法查阅大量相关的文献,对导电水凝胶在柔性可穿戴传感领域的最新进展进行归纳与总结。按水凝胶网络分类的4种导电水凝胶,总结归纳其设计、合成、结构和潜在应用。讨论导电水凝胶的导电性、力学性能、黏附性、防冻性能、自愈性能和各式响应性等功能性能的影响因素,总结自黏性、防冻性、自修复和其他多种优秀性能的柔性可穿戴传感器。结论导电水凝胶是一种具有多功能的独特刺激响应性的功能材料,在柔性可穿戴传感领域进行深入探究具有重大意义。

摘要：柔性力敏传感器能够将外界的机械刺激转换为相应的电信号,在可穿戴电子设备、电子皮肤、智能机器人等领域得到了广泛的应用。为满足以上应用需求,材料需要具有可变形、拉伸、回弹、导电等性能、较高的灵敏度及较好的重现性。因此,基于双网络结构,以羧甲基纤维素(CMC)与聚丙烯酰胺(PAM)为原料,设计并制备了一种离子水凝胶,并且,探究了交联剂及无机盐含量对水凝胶力学性能及导电性能的影响。结果表明,二者之间的内在相互作用赋予了水凝胶较好的力学强度(150 kPa)及拉伸/回弹性(可压缩/拉伸循环1 000次以上),同时具有较高的透明度,其值为69.1%。将其用作组装压力传感器,具有较高的灵敏度(S=7.13 kPa-1)及较好的重现性(1 000次);将其用作组装应变传感,其仍可以表现出及时的响应(50/60 ms)及较好的稳定性(1 000次)。因此,水凝胶有望应用于人体及智能机器人的活动监测及人机界面等领域。

摘要：导电水凝胶兼具生物医用材料和导电材料特征,可应用于医疗康复、运动监测和人机交互等领域。为提高柔性电子学专业本科生的创新意识与实验技能,本实验设计了一种纳米凝胶材料交联的导电水凝胶,通过探索加聚型水凝胶聚合过程中引发剂浓度和交联机制,阐明材料结构组分对水凝胶基柔性电子器件使用耐久性能及传感性能的影响。通过创新实验设计,柔性电子学专业本科生可以学习到高分子乳液聚合、水凝胶制备以及应力应变传感性能表征等知识点,深入理解交联剂结构设计对材料功能性的影响。此外,本实验还设计了基于水凝胶柔性电子传感器的可穿戴传感系统,通过集成可控制小车移动的智能手套,以及用于控制电脑游戏的水凝胶控制器,将前沿科研与本科实验教学任务紧密结合,有利于激发柔性电子、材料、电子信息等专业本科生对于科研的兴趣和创新探索的科研精神。

摘要：为适应学科前沿领域的发展需求,更好地培养学生的探究精神和创新能力,需要设计多学科融合的创新实验来提高学生的整体科研素质。本实验通过N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠(AMPSNa)的自由基聚合反应,制备得到具有温度响应特性的导电水凝胶。该水凝胶在一定温度区间表现出明显的体积相转变,其电性能随着温度变化而发生规律性变化。本实验涉及高分子化学反应的基本操作,还包含了温敏体积相转变测试、扣式电池器件的组装和电性能测试等环节,同时还融入了聚合物微观链结构和电性能变化之间关系的探究。本实验通过简便的水相自由基聚合反应,加深学生对自由基聚合反应的认识,锻炼学生对智能聚合物的制备、测试及结果分析的综合实践能力,培养创新意识,适合化学和材料类专业学生的综合实验教学。

摘要：结合科研项目以及办学特色,设计了一个创新性实验“高性能导电水凝胶制备及应用”。实验内容包括导电水凝胶的构筑,水凝胶性能测试,结构-性能相关性分析以及应用。由于疏水缔合与离子键的协同交联作用,该水凝胶的断裂伸长率和韧性为30mm/mm和10.34MJ/m^(3),分别是传统聚丙烯酰胺水凝胶的19和225倍。此外,该导电水凝胶灵敏度高达3.4,且能够迅速准确地感知手指弯曲等信号。该实验有效吸引了学生的注意力并提升了学生的参与热情。项目不仅能够巩固学生有机化学、分析化学、高分子化学以及材料工程的基础知识,还培养了学生的动手能力、数据分析能力和书面表达能力。

摘要：在可穿戴电子设备迅猛发展的背景下,构建面向人体运动检测的可穿戴柔性应变传感器成为目前传感器研究的重点之一。基于聚丙烯酰胺(PAM)、纤维素纳米晶(CNCs)、单宁酸(TA)构建了一种导电水凝胶基柔性应变传感器。机械性能与电学性能测试结果表明,相较于其他柔性应变传感器,聚丙烯酰胺-纤维素纳米晶-单宁酸导电水凝胶基柔性应变传感器具有超长的拉伸范围(0%~2 900%)、较好的黏附性、快速的响应时间(280 ms)和良好的稳定性(超320次加载-卸载循环)。该传感器对人体关节弯曲的大应变与喉部活动的小应变等运动信号具备良好的检测功能,可用作人体运动检测的柔性可穿戴传感器。

摘要：导电水凝胶是一类将亲水性基质和导电介质有机结合的新型水凝胶,具有较高的柔韧性、可调的力学性能和优异的电化学性能,在柔性电子设备等领域具有广阔的应用前景。本文综述了导电水凝胶材料的研究前沿和动态,介绍了导电水凝胶的分类及制备方法,讨论了导电水凝胶的结构设计与性能,重点阐述了导电水凝胶材料的应用研究进展,归纳了导电水凝胶材料面临的问题与挑战,并展望了导电水凝胶材料的发展趋势,指出采用天然可再生资源为原料开发具有高导电性、力学性能稳定、耐极端温度、生物相容性和生物可降解的导电水凝胶将成为下一步研究重点,同时优化柔性电子装置、提高器件输出稳定性也将成为重要的研究方向之一。导电水凝胶的制备及应用研究将促进柔性电子功能材料领域的快速发展。

摘要：导电水凝胶因具有柔韧、可愈合和无毒性等与皮肤相似的特点被广泛应用于柔性可穿戴设备领域,在柔性电子皮肤传感器领域发展尤为迅速。国内外众多研究者们通过设计开发新型导电水凝胶制备高性能多功能的电子皮肤传感器,将应变、温度和动作等信息转变为电信号,实现对物理化学和生理信息的无创追踪和医疗诊断,在生物电子学领域有广泛的应用前景。本文根据导电水凝胶的导电机理分析了导电水凝胶类型,总结了导电水凝胶柔性电子皮肤的构型及其在可拉伸性、自愈合性和生物相容性方面的独特优势,梳理了导电水凝胶电子皮肤传感器研究进展,综述了导电水凝胶电子皮肤传感器在人体运动监测、医疗保健、人机交互等方面的重要应用,并对导电水凝胶电子皮肤未来发展动向提出展望。

摘要：生物质基新型导电水凝胶材料在生物电子应用领域显示出广阔的应用前景。采用经典的双网络水凝胶构建策略,通过“一锅煮”的方法,引入具有较为优异导电性能的氧化石墨烯(GO),在水溶液体系中通过聚合和交联反应设计制备具有导电性能的木质素磺酸钠/聚丙烯酰胺/氧化石墨烯(LS/PAM/GO)复合水凝胶。由于双层高分子网络互穿作用和大分子间以及网络间氢键相互作用力,所得的复合水凝胶表现出较强的机械性能和自恢复性能,并通过红外光谱分析、扫描电子显微镜和万能试验机等对复合水凝胶的结构和性能进行了表征。研究结果表明:GO的添加显著影响了复合水凝胶的拉伸和压缩性能,当GO质量分数为6.1%时,材料的最大拉伸强度达到最大值421 kPa,与此对应的断裂伸长率达到483%;当材料的压缩强度在其应变为90%时可达到5.82 MPa。LS/PAM/GO复合水凝胶呈明显的多孔状立体网络结构,孔分布较均匀。复合水凝胶导电性能随GO含量增加而提高,GO质量分数为6.1%时,复合水凝胶电导率为0.0317 S/m,在压缩、拉伸过程中凝胶材料的电信号表现出明显的规律性,因此该水凝胶在柔性电子器件方面具有潜在的应用价值。

摘要：将丝素蛋白和聚丙烯酰胺作为柔性基体,磷掺杂还原氧化石墨烯作为导电物质,按不同比例混合后,设计并制备出一种软导电水凝胶。采用扫描电子显微镜对水凝胶的形貌进行观察,用万用电表对水凝胶的传感性能进行检测,并通过万能试验拉伸机测量水凝胶的弹性。制备的水凝胶具有显著的可拉伸性和压缩性,力学性能稳定,可组成具有宽传感范围的应变/应力传感器(应变:2%~800%;应力:0.5~85 kPa)。对水凝胶进行多次压缩-回复测试后,水凝胶仍能回复原状。采用制备的水凝胶传感器监测人体的一系列物理信号(关节运动、面部姿势、脉搏、呼吸等),这种由丝素蛋白、聚丙烯酰胺组成的水凝胶是一种多功能材料,可用于可穿戴电子设备、健康和运动监测器、软机器人等领域。