仿珍珠母层状高分子复合材料及其致动与可穿戴传感性能
柔性传感器在个体化健康监测中极具应用潜力。然而，目前所报道的传感器难以兼顾宽检测范围及快速响应/恢复，也无法高灵敏监测人体的心电、肌电信号。并且，目前的传感器功能单一，无法实现致动功能集成。在此，本文设计了一种仿珍珠母层状高分子复合材料，该材料能同时实现传感与致动功能，并且可以改善复合材料的力学性能。主要研究内容如下： 1．受自然界中珍珠母的启发，通过将聚（3,4-乙烯二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸盐/聚乙烯醇/MXene、聚乙烯简单的溶剂蒸发诱导自组装，制备出仿珍珠母层状结构的高分子复合膜。得益于仿珍珠母层状结构及材料间的相互作用，复合膜的力学性能得到提升。此外，该复合膜整合了MXene纳米片与聚合物的特性，同时具有柔性、导电性、亲水性、吸湿性、光热转化性能等特性，为制备多功能、智能化柔性电子器件奠定了基础。 2．受自然界向日葵和含羞草不对称结构的启发，设计了一种基于仿珍珠母层状高分子复合膜的双层多重刺激响应致动器。利用两层材料间截然不同的吸湿性能和较大的热膨胀系数差异，该致动器可以实现优异的湿度/近红外光驱动的致动性能，如在湿度/近红外光（NIR）的刺激下的大幅度弯曲形变（?RH86%下，~1170.14°；75mW/cm2NIR照射下，~613.10°）。此外，该致动器还可以应用于湿度/光响应控制的智能窗帘开关。 3.通过将仿珍珠母层状高分子复合膜与叉指电极面对面组装制备柔性传感器。其展现出优异的传感性能：检测范围极宽（125Pa-166.7kPa）、响应及恢复迅速（5/13ms）等，并能够用于信息加密、人体宏观运动检测、无线动作监测及人机交互。同时仿珍珠母层状高分子复合材料可以作为表皮传感器检测人体微弱的电生理信号（心电/肌电信号），在健康检测/医疗诊断方面显示出巨大的潜力。 通过材料与器件结构的设计，仿珍珠母层状高分子复合膜能同时实现优异的传感性能与致动性能，在个人健康监测与诊断、人机交互、智能开关等方面极具应用潜力。
仿生层状结构;高分子复合材料;刺激响应致动;可穿戴传感
北京化工大学
硕士
化学
万鹏博
2022
中文
TB332;TP212
2022-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）