聚氨酯离子凝胶传感器的制备及性能
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1.四川大学 轻工科学与工程学院,四川 成都 610065;2.四川大学 皮革化学与工程教育部重点实验室,四川 成都610065

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国家自然科学基金资助项目 (51773129, 51903167);四川省科技厅支持计划 (2019YFG0257, 2020YFG0071)


Preparation and Performance of Polyurethane Ionogel Sensor
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    摘要:

    以聚氨酯为聚合物网络,离子液体(1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺,EMIM:DCA)为导电介质,通过共混后干燥成膜的方式制备了具有不同EMIM:DCA含量的导电离子凝胶。采用万能试验机、电化学工作站和差示扫描量热仪对离子凝胶进行了表征,结果表明,随着EMIM:DCA含量的增加,离子凝胶的力学性能下降,离子电导率上升。其中EMIM:DCA含量为30 wt%的离子凝胶(WPU/IL-30)的综合性能最佳,拉伸强度为0.85 MPa,断裂伸长率为264 %,离子电导率为0.5 mS/cm,并且具有出色的抗冻性能(Tg = -27.6 ℃)。利用便携式传感测试仪研究了离子凝胶的应变传感性能,结果表明,WPU/IL-30传感器能够规律且稳定地将人体的运动状态转换为电信号传输到手机终端,且各项性能不会受到储存时间和环境温度的影响。此外,传感器在经过200次50 %的循环拉伸后,传感性能依旧保持稳定,具有良好的耐疲劳性。

    Abstract:

    Conductive ionogels with different ionic liquid contents were prepared by blending with polyurethane as the polymer network and ionic liquid (1-ethyl-3-methylimidazolium dicyandiamide, EMIM:DCA) as the conductive medium and drying into a film after blending. The ionogels were characterized using a universal testing machine, electrochemical workstation, and differential scanning calorimeter, and the results showed that the mechanical properties of the ionogels decreased and the ionic conductivity increased with the addition of EMIM:DCA content. The ionogel with 30 wt% EMIM:DCA content (WPU/IL-30) had the best overall performance with a tensile strength of 0.85 MPa, elongation at break of 264 %, ionic conductivity of 0.5 mS/cm, and excellent freezing resistance (Tg = -27.6 °C). The strain sensing performance of the ionogel was investigated using a portable sensing tester, and the results showed that the WPU/IL-30 sensor was able to regularly and stably convert the human motion state into electrical signals for transmission to the cell phone terminal, and the performances were not affected by storage time and ambient temperature. In addition, the sensing performance of the sensor remained stable after 200 cycles of 50 % stretching and had good fatigue resistance.

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  • 收稿日期:2022-08-24
  • 最后修改日期:2022-12-06
  • 录用日期:2022-12-08
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