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摘 要

在本文里我们使用简单的工艺制备了高拉伸导电水凝胶，显示出了很好的力学性能。本文的水凝胶体系是以 N-N二甲基丙烯酰胺（DMA）和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）为单体，采用粘土（clay）作为物理交联剂，并在一定温度下进行热引发聚合。本文在控制单体N-N二甲基丙烯酰胺(DMA)不变的情况下，对比不同体系、改变不同含量/相同含量的AMPS/粘土以及不同含量/相同含量的粘土/AMPS对拉伸性能和压缩性能的差异。发现水凝胶随着配方原料含量的增加，水凝胶力学性能性能有了明显提升且具有了导电性。通过不断实验找到了最优配方，并对其进行拉伸回缩测试与红外表征，来进一步研究水凝胶的性能。

关键词：高拉伸导电水凝胶 纳米复合 N-N二甲基丙烯酰胺 力学性能 导电率

Abstract

In this paper, we used a simple process to prepare high tensile conductive hydrogels, showing good mechanical properties. The hydrogel system in this paper is composed of N-N dimethyl acrylamide (DMA) and 2-acrylamide 2-methyl propylenesulfonic acid (AMPS) monomers, clay as physical crosslinking agent. In this paper, under the control of monomer N-N dimethyl acrylamide (DMA) unchanged, the differences of tensile and compressive properties of different systems, AMPS/ clay with different content/the same content, and clay /AMPS with different content/the same content were compared. It was found that the mechanical properties and electrical conductivity of hydrogels were significantly improved with the increase of raw material content. The optimal formula was found through continuous experiments, and the properties of hydrogels were further studied by tensile shrinkage test and infrared characterization.

Keywords: Highly tensile conductive hydrogel；Nanocomposite; N-N dimethylacrylamide; Mechanical property; Conductivity

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 3

1.1 水凝胶概述 3

1.2 传统水凝胶 3

1.3 水凝胶的高拉伸进展 3

1.4 纳米材料的引入 4

1.4.1 NC凝胶在生物医学的应用 4

1.5 双网络水凝胶 5

1.5.1 结构特点 5

1.5.2 制备特点 5

1.6 大分子微球复合凝胶 5

1.7 互穿网络结构水凝胶 6

1.8 水凝胶的导电性进展 6

1.9 本文的研究内容 7

第二章 DMA/clay/AMPS水凝胶的制备与表征 8

2.1 实验药品与仪器 8

2.2 DMA/clay/AMPS水凝胶的制备 8

2.2.1 不同体系水凝胶的配比 9

2.2.2 不同含量/相同含量的clay/AMPS水凝胶配比 9

2.2.3 相同含量/不同含量的clay/AMPS水凝胶配比 9

2.3 相关表征与测试手段 10

2.3.1 clay/P(DMA-AMPS)水凝胶拉伸、压缩性能测试 10

2.3.3 clay/P(DMA-AMPS)凝胶力学循环性能测试 10

2.3.4 clay/P(DMA-AMPS)凝胶电导率测试 10

第三章 结果与讨论 11

3.1 拉伸压缩性能测试与比较 11

3.1.1不同体系间拉伸压缩性能对比 11

3.1.2 不同AMPS含量间拉伸压缩性能对比 11

3.1.3 不同粘土含量水凝胶 12

3.3 力学循环 12

3.3.1 拉伸循环 12

3.3.2 五次拉伸循环 13

3.3.3 连续拉伸循环 13

3.4 clay/P(DMA-AMPS)凝胶导电性能 14

第四章 结论与展望 15

4.1 结论 15

4.2 展望 15

参考文献 17

致谢 20

第一章 文献综述

1.1 水凝胶概述

二十世纪六十年代，Wicherel和Lim合成出一种硬质聚合物，该聚合物吸水后具有弹性且与胶体类似，故称其为水凝胶。

水凝胶具有网状结构[1]且可以吸水溶胀[2-3] 但不会溶解，因此水凝胶的应用领域非常广泛，如：工业、农业、生物工程等（干旱地区的抗旱、面膜、调湿剂、农业薄膜、医学药物载体、食品保鲜剂等）。但是要注意，在不同领域的应用要先按不同的原材料，使其满足需求。

水凝胶可由物理或者化学方法形成。物理水凝胶大多数以纳米材料作为交联剂，通过氢键、配位、静电力等相互作用交联形成的。物理水凝胶结构排列规整，力学强度高；OR水凝胶分子链摩擦小，结构不规整。和OR水凝胶相比，NC水凝胶稳定性较好，力学性能优异。

由于水能够存在于高分子网络中，从而使水凝胶吸水溶胀而丧失流动性，因此水凝胶能保持一定的结构形态，是独特的半固体材料[4] 。水凝胶交联度越高其结构越规整，所以水凝胶的力学性能更佳，但是水凝胶的溶胀性能不会因为交联度的变高而变好，水凝胶交联度的提升对溶胀性会产生不利的影响。

1.2 传统水凝胶

传统水凝胶在组织工程领域有很好的应用前景[5-7],使得人们对水凝胶不断进行研究与开发，以满足生产与销售的需求。但是，目前制备的水凝胶其力学性能以及生物相容性[8]较差，遏制了水凝胶在许多领域的应用[9]（如隐形眼镜、生物传感器），因此人们需要具有更好性能的水凝胶。

传统水凝胶的不足有：力学性能差、结构不均匀、恢复能力差、自愈能力差、光学透明性差等，使其在应用[10-13]中受到许多限制，所以需要对传统水凝胶进行改性。目前，改善传统水凝胶的方法有双网络水凝胶[14-15]、滑环水凝胶[16]等。

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