高强度纤维素双网络导电水凝胶制备及其应变感应特性研究

作者：蹇均宇; 谢宜彤; 高士帅; 张代晖^*; 储富祥

来源：林产化学与工业, 2023, 43(03): 25-33.

• 离子配位
• 纤维素水凝胶
• 双网络
• 应变感应器

将微晶纤维素(MCC)-氢氧化钠/尿素溶液通过乙醇蒸气诱导形成纤维素一级网络，以丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)为原料，N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)为交联剂，过硫酸铵(APS)为引发剂构建二级网络，随后采用浸泡法引入氯化铁，构筑了多交联的纤维素/聚丙烯酰胺-聚丙烯酸/铁离子(C/PAMAA/Fe3+)水凝胶，并对水凝胶的力学性能及电化学性能进行了探究。研究结果表明：Fe3+与—COO-形成的配位键在形变时作为牺牲键断裂，这有助于C/PAMAA/Fe3+机械性能的提升，水凝胶的韧性和抗拉强度分别达到17.13 MJ/m3和4.59 MPa。循环拉伸测试的结果显示：随着Fe3+浓度的增加，C/PAMAA/Fe3+水凝胶的能量耗散效率增加，从56.86%增加到75.17%,且第二次循环后弹性恢复率接近85.0%。随着Fe3+用量的增加，离子电导率增大，Fe3+浓度为0.2 mol/L的C/PAMAA/Fe3+水凝胶电导率为1.03 S/m。将C/PAMAA/Fe3+水凝胶组装为应变感应器，感应器的灵敏度为4.0,其拉伸递增和拉伸循环的电阻变化结果表明该应变感应器具有较好的稳定性；实时监测关节活动的结果表明该感应器具有稳定的应变响应性。

• 单位
  南京林业大学; 中国林业科学研究院林产化学工业研究所; 江苏省生物质能源与材料重点实验室