一种应用于电子皮肤的生物启示的矿物水凝胶的制备开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

受到人体皮肤的多重感知功能和独特力学性质的启发,过去几十年里,研究者们将可传输电子的刚性半导体或导体材料结合柔性、可拉伸、可自修复的高分子弹性体,发展了一系列可模拟皮肤感知功能和力学性质的智能传感器,也称为“电子皮肤”。此外,考虑到人体皮肤作为一种含水量达 30-60% 的材料,其组成和力学性质更加类似于水凝胶材料,近年来也有研究者提出利用可传导离子的水凝胶制备智能离子皮肤,这一研究广泛扩展了人工智能皮肤的可设计性。电子皮肤和离子皮肤因其在人工智能、可穿戴设备和软物质机器人、物联网等领域的广泛应用和前景,一直是近年来研究的热点,受到很大关注。

本实验在基于多重物理交联的聚丙烯酸-无定形磷酸钙-海藻酸钠(PAA-ACP-Alginate)水凝胶的基础上,加入了导电性强、机械性能好的碳纳米材料,并通过3D打印技术打印电子皮肤的核心元件,最后加上两个金属电极,制成电子皮肤器件。实验所制备的水凝胶柔性及可拉伸性较好,能够使用3D打印技术打印出不同的形状,并良好保持。另外,水凝胶所具有的压阻性,可以使其感知压力并将其转化为电信号表现出来,是一种较好的制备电子皮肤的材料。

本实验使用的主要药品为碳酸钙(CaCO3)、十二水合磷酸氢二钠(Na2HPO4·12H2O)、聚丙烯酸(PAA)、海藻酸钠和多壁碳纳米管,碳酸钙和磷酸氢二钠、碳纳米管是实验中比较常用的无机材料,无毒无害;海藻酸钠常用作食品的增稠剂、稳定剂、乳化剂等,同样无毒。整个实验过程在水溶液中进行,只需要高速搅拌,无需高温高压环境。不论是实验药剂还是实验过程,安全性都较高,满足安全要求。

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