雙網絡互穿結構導電水凝膠的構建及其應變傳感性能

張詩苑，汪 偉

（四川大學化學工程學院，四川 成都 610065）

能將外界拉伸作用刺激轉變為自身電學特性（如電阻[1-2]、電容[3]和電流[4]）變化的導電材料，在構建具有應變傳感功能的柔性可穿戴設備方面受到了廣泛的關注，其在電子皮膚[5]、健康監測[6]和人體運動傳感[7]等領域的應用前景廣闊。相比于傳統的剛性導電材料，具有含水高分子網絡結構的水凝膠材料，因具有優良的柔韌性、拉伸性和生物相容性，且其力學性能與生物組織相似，在構建面向人體運動檢測的柔性可穿戴設備方面具有巨大的潛力[8-9]。通常，在水凝膠材料中結合導電材料如碳材料（碳納米管[10]、石墨烯[11]）、金屬納米材料（銀納米線[12]、銀納米微球[13]）、導電聚合物（PEDOT:PSS[14]、聚苯胺[15]）等，可以賦予水凝膠優良的導電性能。這種導電水凝膠可在外力的拉伸作用下產生相應的形變，改變自身的電學特性（如電阻），從而將拉伸所導致的應變有效轉化為易于檢測的電學信號變化，這在人體運動監測方面具有重要作用[16-17]。對于人體運動監測，通常需要在較寬的應變傳感檢測范圍內，實時靈敏地檢測人體不同部位不同程度的運動行為，因此，需要開發一種具有快速、重復、穩定的應變傳感功能，且檢測范圍寬、靈敏度高的導電水凝膠材料。

本文通過設計水凝膠高分子的網絡結構，構建了同時具有化學交聯網絡結構和物理交聯網絡結構的雙網絡互穿結構聚丙烯酰胺/聚乙烯醇（PAM/PVA）導電水凝膠。該導電水凝膠具有優良的拉伸性能和應變傳感性能，應變傳感檢測范圍寬，靈敏度高，能快速、重復、穩定地檢測人體不同部位的彎曲和伸展運動，展現出良好的人體運動實時監測性能。……