基于一步正交光化学策略的多重动态网络韧性聚合物水凝胶合成及其传感应用研究.pdf

摘要

摘要

水凝胶是一种具有高含水量和良好生物相容性的软材料，广泛应用于生物医疗、

柔性电子等领域。受自然界启发，研究人员通过模拟生物体受损后自我修复的过程

展开了对于自修复水凝胶的研究。自修复能力不仅可以防止材料裂纹扩展，极大地

提高了材料的使用安全性，而且延长材料寿命，同时，在减少资源浪费方面也具有

重要意义。但水凝胶的机械性能和自修复效率之间的固有矛盾仍未从根本上得到解

决。因此，大多数自修复水凝胶在实际应用中受到限制。研究人员提出了很多办法

去提高自修复水凝胶的机械性能，例如引入多重动态交联网络、掺杂纳米材料等，

然而这种多重网络结构增加了材料设计与合成的难度。因此，一个快速、可控、通

用的一步法策略去制备高性能多网络自修复韧性水凝胶依然是该领域内的一个重要

目标。

在这里，本论文提出了一种正交光化学辅助构建多重动态交联网络的策略

（PDDMF），用于一步设计高性能自修复韧性水凝胶（PSHTH）。在可见光照射下，

基于Ru(II)/APS的光化学反应可在数秒内同步引发多个共价和非共价网络交联。其

中三重非共价交联网络提供了有效的能量耗散机制，不仅提高了水凝胶的机械性能，

还使其具有出色的自愈能力。可逆的多重氢键和金属配位作用在大剪切应变下被破

3sPSHTH90%

坏后可以在内恢复。此外，在多次重复损伤后仍表现出的自愈效率，

并表现出与初始样品相似的机械性能。更重要的是，这种PDDMF策略可以通过简

单地调整光照程序来控制，并且与标准挤压打印技术兼容，可以制作具有复杂结构

的3D模型。作为概念验证，本论文制备了高度灵敏的管状传感器，可用于检测外

界环境压力。预计这种PDDMF策略和以此制备的PSHTH在可穿戴电子设备、柔性

传感器和生物电子等方面具有潜在应用。

关键词：自修复，韧性水凝胶，多重动态网络，正交光化学，3D打印，传感器

I

西北大学硕士学位论文

II

ABSTRACT

ABSTRACT

Hydrogelisasoftmaterialwithhighwatercontentandgoodbiocompatibility,whichis

widelyusedinbiomedicalandsensingfields.Inspiredbynature,researchersare

investigatingself-healinghydrogelsbysimulatingself-healingbehaviorofliving

organismsafterdamage,whichcannotonlypreventcrackexpansionduetomaterial

defectsorlong-termuse,improvetheirsafety,butalsohavegreatsignificanceinreducing

resourcewaste.However,theinherentconflictbetweenthemechanicalpropertiesof

hydrogelsandtheirself-healingefficiencyhasnotyetbeenfundamentallyresolved.

Therefore,mostself-healinghydrogelsarelimitedintheirpracticalapplication.

Researchershaveproposedusefulmethodstoimprovethemechanicalpropertiesofself-

healinghydrogels,suc