1. 研究目的与意义（文献综述）

皮肤是一种集感知触碰、拉伸、温度等信号于一体的器官,它不仅能够将感知到的外界信息转换为电信号发送给大脑，从而使后者做出进一步的数据处理，而且会据此对外界刺激做出相应的反应和调整。从功能上讲，皮肤是一种智能的传感系统，具有可拉伸、检测精度较高、适用范围广等特点。受生物皮肤的启发，人们希望能够发明出性能可与之相媲美可采集多种信号（如力学、温度等物理信号，PH 值、特定物质组分浓度等化学信号）的传感系统——电子皮肤，同时还希望它具有柔性或可拉伸性、透明性、自驱动、自修复、生物兼容性等优异的性质，以能够拓展在人工智能领域和仿生学修复术等领域的研究。电子皮肤通过将各种外部刺激转换成电信号来模仿人类皮肤灵活性和感官性能，在智能服装，生物医学假肢和机器人等领域有着广泛的应用和重要的发展前景。

纳米纤维素作为一种新型绿色纳米材料，近年来在储能领域受到了广泛关注。除了储量丰富、循环可再生的天然优势外，纳米纤维素还具有精细的纳米结构、良好的力学强度和较低的热膨胀系数等优点。在失水状态下，纳米纤维素可在氢键、范德华力或静电力等非价键力作用下自发形成自组装薄膜，这种新型膜材料具有离子扩散快、耐高温等性能优势，在金属离子电池、超级电容器等储能器件用隔膜和电极材料领域具有广阔的应用前景。此外，纳米纤维素还可通过凝胶化形成三维网络多孔结构，与无机纳米子、金属离子及其氧化物、碳材料、导电高分子等光电材料复合可形成具有导电和储能效应的多功能复合材料。

基于水凝胶良好的力学性能，透明度以及高灵敏度，可制得性能优异的电子皮肤。本课题旨在对离子电导型纳米纤维素水凝胶电子皮肤的制备、结构以及性能进行研究。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

材料制备：用tempo催化氧化法制备纤维素水相分散液，先通过盐酸交联制备纳米纤维素水凝胶，再通过离子溶液置换制备电子皮肤。

材料表征：对纳米纤维素水凝胶电子皮肤进行结构表征和性能测试，通过采用红外、sem、力学性能及灵敏度等各项测试对所制得的水凝胶进行形貌、结构与性能方面的表征。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－7周：按照设计方案，制备离子导电型纳米纤维素水凝胶。

第8－12周：采用sem、力学性能测试、电导率、电信号响应、生物相容性等测试技术对离子导电型纳米纤维素水凝胶进行结构、性能表征。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] Klemm D, Kramer F, Moritz S, et al. Nanocelluloses: A New Family of Nature Based Materials. Angewandte Chemie, 2011, 50(24):5438-5466.
[2] Akira I, Tuomas H, Shuji F, et al. Review: Catalytic oxidation of cellulose with nitroxyl radicals under aqueous conditions. Progress in Polymer Science, 2018, 86:122-148.
[3] Snyder, James F, Williams, et al. Cation-Induced Hydrogels of Cellulose Nanofibrils with Tunable Moduli. Biomacromolecules, 2013, 14(9):3338-3345.
[4] Gang G, Zhang Y, Shao J, et al. Stretchable, Transparent, and Self‐Patterned Hydrogel‐Based Pressure Sensor for Human Motions Detection. Advanced Functional Materials, 2018, 28(32):1802576-1802584.
[5] Wang Z J, Hong W, Wu Z L, et al. Site-Specific Pre-Swelling-Directed Morphing Structures of Patterned Hydrogels. Angewandte Chemie, 2017, 56(50):15974.
[6]唐滔,褚冲,毛文静等.聚吡咯/纤维素纳米复合材料的应用研究进展.化工管理, 2019(01):57-58.
[7] Fu Y, He H, Liu Y, et al. Self-powered, stretchable, fiber-based electronic-skin for actively detecting human motion and environmental atmosphere based on a triboelectrification/gas-sensing coupling effect. Journal of Materials Chemistry C, 2017, 5(5):1231-1239.
[8]Lindsay Riley, Lucas Schirmer, Tatiana Segura. Granular hydrogels: emergent properties of jammed hydrogel microparticles and their applications in tissue repair and regeneration. Current Opinion in Biotechnology, 2019, 60:1324.
[9] Jalayeri M, Pirnia A, Abadi E A N, et al. Evaluation of alginate hydrogel cytotoxicity on three-dimensional culture of type A spermatogonial stem cells. International Journal of Biological Macromolecules, 2017, 95:888-894.
[10] Zhao W, Duan L, Zhang B, et al. Tough and ultrastretchable hydrogels reinforced by poly(butyl acrylate-co-acrylonitrile) latex microspheres as crosslinking centers for hydrophobic association. Polymer, 2017, 112:333-341.
[11]许波, 刘雨薇, 王平等. 一种高强度抗脱水纳米复合水凝胶的合成及表征. 高分子材料科学与工程, 2019, 35(01):115-121.
[12]曹建国, 周建辉, 缪存孝等. 电子皮肤触觉传感器研究进展与发展趋势. 哈尔滨工业大学学报, 2017, 49(01):1-13.
[13] Seminara L, Capurro M, Valle M. Tactile data processing method for the reconstruction of contact force distributions. Mechatronics, 2015, 27:28-37.
[14] Zhao J, He C, Yang R, et al. Ultra-sensitive strain sensors based on piezoresistive nanographene films. Applied Physics Letters, 2012, 101(6):063112.
[15] Seminara L, Pinna L, Ibrahim, Alì, et al. Electronic Skin: Achievements, Issues and Trends. Procedia Technology, 2014, 15:550-559.