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关键词： 粘附性   凝胶   机械柔性   柔性传感器   超级电容器  

摘要： 随着科技的发展,具有便携性,机械柔性和高灵敏度的柔性可穿戴设备在人体运动和健康监测领域得到了广泛的关注。为了解决传统导电填料延展性差,界面应力不匹配,以及固有刚性的缺陷,导电水凝胶应运而生。导电水凝胶有较好的拉伸性能,皮肤般的柔性,较好的粘附性以及较高的电导率,是构建柔性可穿戴传感器的理想材料。然而水凝胶网络中含有大量的水,长期使用后容易失水,寒冷环境下易冻结,遇水极易溶胀,极大地限制了水凝胶基柔性传感器在复杂环境中的应用。因此,需要提高凝胶在不同环境中的稳定性,拓宽凝胶基柔性传感器的应用范围。基于此,本论文设计了导电凝胶材料,通过机械性能的表征优化凝胶的组成,得到了集抗冻、自愈合、粘附、导电性能于一体的凝胶材料,探究了凝胶在柔性传感器和超级电容器中的应用,为多功能凝胶基柔性电子设备的发展提供了理论指导。主要研究内容和相关结论如下: （1）具有快速自愈合能力和抗疲劳性能的双网导电水凝胶作为应变传感器用于人体运动监测。首先以聚乙烯醇（PVA）/硼砂（B）/海藻酸钠（SA）为水凝胶基主体网络,硼砂为交联剂,采用一锅法,构建了多功能双网络PBS离子导电水凝胶。聚乙烯醇、海藻酸钠和硼砂之间的动态硼酸酯共价键以及聚乙烯醇和海藻酸钠之间的氢键提供了能量耗散中心,使PBS水凝胶具有良好的拉伸性能（断裂伸长率～950%）、高韧性(122.21k J·m-3)、快速自愈合能力、良好的抗疲劳性能和牢固的粘附性能。此外,PBS水凝胶还具有较高的电导率（50 m S/m）,对应变的高灵敏度（灵敏因子,6.53）,快速的响应时间（280 ms）,长期的循环稳定性。将PBS水凝胶组装成应变传感器后可以直接贴在人体的不同部位,准确监测不同的人体运动。PBS导电水凝胶的制备可以为高性能凝胶基柔性传感器的构建提供新的思路,并拓宽柔性传感器在电子皮肤、可穿戴设备和软执行器中的应用。 （2）碱基增粘策略诱导的离子液体凝胶在柔性传感器和超级电容器中的应用。将丙烯酰化的腺嘌呤（Aa）、尿嘧啶（Ua）丙烯酸（AA）单体加入到离子液体硝酸乙胺（EAN）中,在液态金属镓（Ga）和Al3+的引发下,自由基聚合构建了一个集导电、粘附、抗冻、保湿于一体的多功能离子液体凝胶。离子液体凝胶网络的形成是碱基之间的氢键作用、Al3+与-COOH之间金属配位作用协同作用的结果。在多种非共价作用的协同作用下,离子液体凝胶表现出高的拉伸性（断裂伸长率～1611.63%）、强的粘附性和抗溶胀性。Al3+、Ga和离子液体在凝胶网络中的迁移使得凝胶具有高的电导率（390 m S/m）。将凝胶组装成柔性传感后,能够对应变和温度表现出高的响应性,并且可以粘附于人体表面可以实时监测不同人体活动和温度变化。以离子液体凝胶为电解质进一步组装成超级电容器,超级电容器具有稳定的电化学性能和高的面积比电容(225 m F·cm-2)。此外,在低温下离子液体凝胶传感器和超级电容器仍具有稳定的传感性能和电化学稳定性。该离子液体凝胶为制备多功能的离子液体凝胶提供了理论指导,拓宽了凝胶基柔性电子设备的应用范围。

关键词： 纳米载银磷酸锆   聚甲基丙烯酸甲酯   抗菌性能   生物安全性   机械性能  

摘要： 实验目的: 将纳米载银磷酸锆（Silver loaded zirconium phosphate,Ag-ZrP）按照0%wt、0.5%wt、1.0%wt、1.5%wt、2.0%wt、2.5%wt、3.0%wt的质量（Weight,wt）分数添加到室温固化型聚甲基丙烯酸甲酯（Poly Methyl Meth Acrylate,PMMA）材料中,形成Ag-ZrP/PMMA复合材料。研究Ag-ZrP对PMMA材料抗菌性能、机械性能及生物安全性的影响,并确定Ag-ZrP在PMMA材料中最适宜的添加量。 实验方法: 1.运用球磨法,将室温固化PMMA粉末和Ag-ZrP按照一定的比例混合,置于行星式球磨机中球磨获得Ag-ZrP/PMMA复合材料,所需的Ag-ZrP质量分数分别为0%wt、0.5%wt、1.0%wt、1.5%wt、2.0%wt、2.5%wt以及3.0%wt。在室温条件下将各组Ag-ZrP/PMMA复合材料与牙托水混合,制备不同形状尺寸的试件。用于抗菌试验的试件尺寸为（50±2）mm×（50±2）mm×（2±0.5）mm;用于三点弯曲试验的试样尺寸为64 mm×（10.0±0.2）mm×（3.3±0.2）mm;用缺口型试样进行改良三点弯曲试验,其尺寸为39mm×（8.0±0.2）mm×（4.0±0.2）mm,在试件的正中央预制出长（3.0±0.2）mm,宽0.5 mm的缺口;用于拉伸试验的试件尺寸为5 B型哑铃状试样,其总长度为35.0 mm,端部宽度为（6.0±0.5）mm,窄部宽度为（2.0±0.1）mm,厚度为1.0mm。 2.采用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy,SEM）、透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy,TEM）、傅里叶变换红外光谱仪（Fourier Transform Infrared Spectroscopy,FT-IR）、X射线衍射（X-ray Diffraction,XRD）、X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）对Ag-ZrP抗菌剂及各组试件进行表征分析。 3.采用组织块法对原代人牙龈成纤维细胞（Human Gingival Fibroblasts,HGFs）进行分离、培养;利用免疫组织化学法和免疫荧光法对所提取的人原代HGFs进行鉴定。 4.采用Annexin V-FITC/PI流式双染法对经过各组Ag-ZrP/PMMA复合材料浸提液培养3天后的HGFs的细胞凋亡情况进行检测。 5.采用Calcein-AM/PI活死细胞染色法对经过各组Ag-ZrP/PMMA复合材料浸提液培养3天后的HGFs进行活死细胞染色,并在荧光倒置显微镜下进行观察拍照。 6.利用CCK-8细胞毒性检测法来评估各组Ag-ZrP/PMMA复合材料对HGFs毒性的影响。 7.采用薄膜密贴法研究由各组Ag-ZrP/PMMA复合材料制作的试件对变异链球菌（***）和大肠杆菌（***）抗菌效果,并通过回收菌落数来计算各组抗菌率。 8.利用细菌黏附实验在SEM下观察经过各组Ag-ZrP/PMMA复合材料处理后材料表面黏附的***和***的菌体形态变化。 9.通过SYTO 9/PI活死细菌染色实验来观察经过各组Ag-ZrP/PMMA复合材料处理后材料表面黏附的***和***活死细菌数量占比情况。 10.通过三点弯曲试验、改良三点弯曲试验、拉伸试验,在电子力学试验机上对各组Ag-ZrP/PMMA复合材料的力学性能进行测试。 11.采用SEM对各组材料三点弯曲试验后的断裂面进行喷金观察。 实验结果: ***结果表明当Ag-ZrP的添加量不大于1.5%wt时,Ag-ZrP在PMMA材料中的分散较为均匀,团聚较少;当Ag-ZrP的添加量在2.0%～3.0%wt时,Ag-ZrP在PMMA材料中的团聚现象逐渐明显。 2.通过SEM、TEM+EDS、FT-IR、XRD及XPS的分析,证实该抗菌剂为Ag-ZrP;并且根据Ag-ZrP不同的添加量,采用球磨法成功将Ag-ZrP整合到了PMMA材料中,形成了Ag-ZrP/PMMA复合材料。 3.采用组织块法成功分离出了人牙龈成纤维细胞（HGFs）,并通过免疫组织化学和免疫荧光法鉴定了该细胞为来源于中胚层的成纤维细胞。 *** V-FITC/PI细胞凋亡检测流式双染法、Calcein-AM/PI活死细胞染色法、CCK-8细胞毒性检测法的结果均表明:当Ag-ZrP的添加量在3.0%wt以下时,其生物安全性仍然是良好的。 5.薄膜密贴法的实验结果表明:当Ag-ZrP添加量在0%wt、0

摘要： 近15年超大直径盾构高速发展，从穿江越海的水下走到高楼林立的城区，从较单一的软弱地层进入到全断面岩层，埋深及独头掘进长度也逐步加大。随着盾构隧道向大直径、大埋深、长距离方向发展，绝大部分要遇到复合地层。地质是盾构施工的基础，地质工程的创新对超大直径盾构施工的影响更加直接和重大。在普遍关注盾构机自身技术进步的同时多关注地质工程同样是必需且有意义的。

关键词： 硬岩地层   长距离顶管   施工工艺  

摘要： 硬岩地层长距离顶管施工风险较高，易发生顶进卡阻、管节破损等事故。济南市某原水管线为直径1600mm钢顶管工程，位于中风化石灰岩地层，一次顶进长度800m，施工难度大，基于该工程进行了硬岩长距离顶管设计参数、设备选型、施工工艺关键节点的技术分析，对各项因素的分析结果可为类似的顶管施工提供参考。