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电子皮肤(E-skins)是指通过将各种外部刺激转换为电信号来模仿人类皮肤的柔性和传感性能的电子设备。由于它们在智能服装、生物医学假肢、机器人等方面的潜在应用,它们受到越来越多的关注。本研究旨在制备一种能够对人体的运动具有良好的即时监测性能的电子皮肤。聚乙烯醇(PVA)因其优异生物相容性、环境稳定性、易加工性以及无毒性等优异特性而被广泛应用于电子皮肤领域。本研究设计了两种以多支化羧基纤维素纳米晶(Multi CNC)作为PVA基体的增强材料,可用于电子皮肤领域的材料,探究了 Multi CNC对PVA复合材料的热稳定性、力学性能、自愈性能以及传感性能等的影响规律,阐明相关传感机制。(Ⅰ)高灵敏度多支化纤维素纳米晶基离子复合膜的制备与性能表征使用Multi CNC,氯化钾以及PVA设计了具有氢键网络结构的自愈合Multi CNC/PVA离子复合膜材料。引入的自带氢键的Multi CNC不仅起到了增强PVA的作用,还与PVA之间形成了氢键网络结构,赋予了 Multi CNC/PVA离子复合膜材料更高的力学性能和自愈合性能。随着Multi CNC含量的增加,Multi CNC/PVA离子复合膜材料的热降解温度和拉伸强度随之增大,表现出了优异的热稳定性和力学性能。尤其是0.8wt%Multi CNC/PVA的力学强度达到了50.03MPa,是纯PVA膜材料的1.80倍。此外,Multi CNC/PVA离子复合膜材料表现出了良好的自愈合性能,在水汽环境中自愈20min后的自愈效率达到69.54%,恢复的强度是纯PVA的1.31倍。Multi CNC/PVA离子复合膜材料具备优异的应变敏感特性和压力敏感特性,能够及时精确的监测人体的不同运动变化以及监测不同压力(5.60KPa以及8.72KPa)的相对电阻值变化,最低可以监测到小昆虫(4.50mm的小昆虫)运动时的相对电阻值变化。同时,Multi CNC/PVA离子复合膜材料显示出了优异的持久稳定性及可重复性(重复施加15.00KPa 的压力 1000 次)。(Ⅱ)可自愈多支化纤维素纳米晶基复合导电水凝胶的制备与性能表征通过以多支化的Multi CNC为增强相,以多支化的Multi CNC为PANI的分散模板构筑了具有连续导电骨架、氢键和内在3D网络结构的导电聚合物水凝胶,从而提供一种能够导电并且力学稳固的传感体系。研究了具有不同多支化纤维素纳米纤维-聚苯胺(Multi CNC-PANI)含量的Multi CNC-PANI/PVA导电水凝胶的形貌、结构、热稳定性、可模塑性、力学性能、自愈合性能、自粘性能、导电性能和应变传感性能,分析了 Multi CNC-PANI/PVA导电水凝胶应用于人体运动健康监测领域的可行性。水凝胶显示出了超高的拉伸性(超过1500%)和应力自愈效率(99.56%),这归结于Multi CNC-PANI/PVA导电水凝胶含有动态硼酸酯键和氢键。随着Multi CNC-PANI的含量的增加,水凝胶的力学性能得到了较大的改善,当Multi CNC-PANI的含量为5wt%时,水凝胶的断裂强度达到了 171.52KPa,伸长率为1085%。5wt%Multi CNC-PANI/PVA导电水凝胶在没有外部刺激的情况下,在120s内的应力自愈效率达到99.56%。并且在手动拉伸120s愈合的5wt%Multi CNC-PANI/PVA导电水凝胶时,其在发生超过1500%的形变的情况下并没有在自愈合处发生断裂,证明了这种水凝胶优异的自愈合性能。在550-700%的应变下,水凝胶的电阻应变敏感性(GF)达到了 18.79,表明Multi CNC-PANI/PVA导电水凝胶具有优异的应变灵敏度。这种水凝胶可以及时精确地监测并区分人类的大的动作和微小的动作,对人体的运动具有高灵敏度。此外,破损之后发生自愈的水凝胶仍然具有高灵敏度,相对于未破损的水凝胶,发生自愈的水凝胶对于人体活动的灵敏度略有下降,但仍然存在较为优异的传感性能,在人体运动检测,电子皮肤以及个性化健康监测等领域具有巨大潜力。