离子凝胶基柔性应变传感器研究
智能化、柔性化及可穿戴化是未来电子产品的发展方向。柔性应变传感器作为可穿戴电子产品的重要组成部分得到了广泛的关注。但是目前报道的柔性应变传感器依然存在着使用温度范围窄、无法兼顾高拉伸性与高灵敏度、滞后大以及自粘附性差等问题，因此急需发展高性能的柔性应变传感器来满足人们对可穿戴电子产品日益增长的需求。离子凝胶具有许多独特的性能，在电子领域得到了广泛的应用，但是其作为柔性应变传感器的报道还极少。本论文制备了三种新型离子凝胶，并研究了它们作为柔性应变传感器的性能表现，探究了离子凝胶作为高性能应变传感器的可行性。主要研究内容如下: 1.传统离子凝胶的弱机械性能限制了其在柔性应变传感器领域的应用。我们通过在琼脂糖(agarose)交联网络中引入丙烯酸羟乙酯（HEA）交联网络得到了一种双网络离子凝胶。双网络结构独特的能量耗散机制极大的提高了离子凝胶的机械性能，其拉伸强度可达0.37MPa，断裂伸长率可达700％。离子凝胶还具有良好的透明性及宽的使用温度范围。作为应变传感器，离子凝胶具有良好的线性相关性、高响应速度、高拉伸、低滞后和良好的耐久性，可以检测不同的人体活动。 2.如何赋予应变传感器良好的自粘附性是目前研究的热点和难点。我们通过在离子液体1-乙基-3-甲基咪唑氯盐([EMIM]Cl)中原位光聚合丙烯酸（AA）而得到了聚丙烯酸离子凝胶，其具有优异的自粘附性，可重复的粘接在不同的基材上。此外，它还具有优异的拉伸性、高透明度、宽的使用温度范围和良好的自修复性。由于聚丙烯酸离子凝胶的模量和人体皮肤接近，因此它可以作为高性能的电子皮肤来检测人体活动及温度变化，且制作方法简单快捷，有望实现规模化生产。 3.为了提高离子凝胶的环境稳定性，我们利用丙烯酸丁酯(BA)和1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲酰亚胺盐([BMIM]TFSI)作为原料，通过原位光聚合法制备得到了聚丙烯酸丁酯离子凝胶，其具有高透明度、高拉伸性、宽的使用温度范围和优异的环境稳定性。它还可以重复的粘接在不同的基材上，并且在水下依然可以保持优异的自粘附性。聚丙烯酸丁酯离子凝胶可以作为高性能的应变-温度传感器。
柔性应变传感器;离子凝胶;机械性能;自粘附性;环境稳定性
北京化工大学
博士
材料科学与工程
聂俊
2020
中文
TP212.1;TP204
2020-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）