基于胆甾相液晶弹性体的自修复光子皮肤研究
信息化、数字化和智能化时代对柔性和软电子设备的需求不断增长。特别是轻便型、高灵敏、多功能的柔性可穿戴电子设备，在个性化健康监测、人体运动检测、人机界面、软机器人等领域备受关注。可变色皮肤由于其出色的光学信号展示，促进了电子皮肤的功能多样化，因此近年来的研究热度日渐提高。胆甾相液晶弹性体(CLCE)是一种可以对外界刺激做出物理或化学特征变化的高分子材料，具有灵敏地机械变色响应，作为电子皮肤设备的光可协调基元展现出独特的优势。摩擦纳米发电机(TENG)依靠摩擦起电和接触起电原理，有效收集包括人体活动、走路、振动、机械出发、风能等诸多形式的能量，并将其转化为电能。本课题主要目的是制备一种具有敏感机械变色响应的复合光子膜，并设计构建出具有光电协同信号输出的光子皮肤,最后探索其在监测人体运动领域的潜在应用。研究内容包括一下两个方面: 1.基于含有非可聚合液晶CLCE的光子皮肤 设计并构建具有一定机械变色响应和稳定电信号输出的光子皮肤。首先，制备了具有特定反射波长的胆甾相液晶聚合物薄膜，并将不可聚合小分子单元5CB引入体系，增加液晶高分子的柔性。然后，基于动态亚胺键的机理，制备出具有优异拉伸性能的透明自愈合聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜，将金属Al片作为电极与上述材料复合成多层结构，设计并制备出具有光和电信号输出的多功能电子皮肤，为后续研究设计更出色性能的光子皮肤提供了策略依据。 2.基于硫醇扩链反应CLCE的光子皮肤 设计并构建了具有光电协同信号输出的光子皮肤，并研究其在人体运动监测方面的应用。首先，基于硫醇-丙烯酸酯的点击化学反应和紫外光聚合两步法，通过各向异性消溶胀法制备了具有优异机械变色响应的CLCE,同样将PDMS作为TENG的摩擦层，然后将电极优化成更加透明的银纳米线(AgNWs),设计并制备成可穿戴电子设备。AgNWs的引入使得在不影响CLCE拉伸导致光子带隙改变的前体下，还能为光子皮肤提供不俗的稳定电输出。得到的具有光电双信号协同输出的光子皮肤可用于监测人体运动，为可穿戴电子设备的多功能化选择提供了新的思路。
光子皮肤;胆甾相液晶弹性体;机械变色响应;电信号输出特性;自修复功能
北京化工大学
硕士
材料与化工
魏杰;郭金宝
2023
中文
TB342
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）