【摘 要】
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近数十年间,基于生物启发的仿生功能器件和应用材料发展迅速。通过师法自然,科学家们在许多结构科学和机械系统领域取得突破性研究。在材料研发方向和发思路拓展上新潮迭起,
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近数十年间,基于生物启发的仿生功能器件和应用材料发展迅速。通过师法自然,科学家们在许多结构科学和机械系统领域取得突破性研究。在材料研发方向和发思路拓展上新潮迭起,对多系统领域的交叉研究提出了更高要求。水凝胶在新世纪以来,相关领域研究持续升温,现当下正是新材料的研究热点之一。它被认为在生物工程领域具有长远的应用前景,并在近期展现出在包括在海水净化、能源存储、软体机器人等多前沿领域的潜在应用价值。而能够自愈合并能够实现远程感应测试的功能表面在微裂缝监测、智能可穿戴器件和海洋防腐等领域中有着迫切的实际需求。在该研究中,设计制备出具有荧光特性的量子点复合多网络水凝胶,并做出了如下的具体研究内容:(1)以聚乙烯醇(PVA)、壳聚糖(Chitosan)、琼脂糖(Agarose)为框架主体制备出自愈合水凝胶,它基于多氢键网络结构,通过加入甘油和硼酸赋予其可逆的物理交联能力达到自我修复。均匀掺杂入体相内的量子点可实现光致发光效应。所得的量子点荧光水凝胶不仅表现出优异的韧性和稳定性,而且还具有优异的自愈合能力。其可在不同的介质(空气,水,油,盐溶液),环境温度(-10到50℃),酸性或碱性溶液(p H:1-14)中实现自修复过程而无需任何外部刺激。此外,该水凝胶还显示出压力重塑效果,即受损的水凝胶可以在室温下重塑而没有任何损坏以及显着的性能降低。(2)依托荧光光谱仪测试系统,测试得到了荧光水凝胶荧光强度和受力情况及自愈合过程的关系数据。发现水凝胶的荧光效应同表面受力情况呈相关性,同时随着水凝胶自愈合过程的进行,自愈合时间同荧光强度有良好的线性关系。实现了通过检测水凝胶的荧光强度实现远程检测水凝胶的应力状态,而不考虑材料之间的接触情况,从而允许所得的测量更准确。且该材料具备良好的生物相容性。(3)设计制备出了一种可以应用在水下的压力测试器,基于荧光水凝胶荧光性能与材料表面受压力情况的相关性,可以探测所处的环境压力状态,其在海水、Fe3+、Cu2+、p H值1至14等多种溶液环境下都有着稳定的荧光性能。不仅如此,通过结合仿壁虎结构可以获得能够具有反复黏附能力,适应多种表面的压力测试器件。有望应用于的水下工程和液体管线输运之中。
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