Page 103 - 《精细化工》2023年第11期

第 11 期 焦晓岚，等: 可拉伸明胶基导电水凝胶的制备及传感应用 ·2415·

 /% (LL  ) / L  100 （3） 处分别归属于 Gel 的酰胺Ⅰ带（C==O 的伸缩振动
0 0
式中： 为拉伸强度，kPa；F 为试样断裂前所受的 吸收峰）、酰胺Ⅱ带（N—H 的弯曲振动吸收峰）、
2
最大负荷，N；A 0 为试样截面积，mm ； 为断裂伸 酰胺Ⅲ带（C—N 的伸缩振动吸收峰） [27] 。对比可
长率，%；L 为断裂时试样的长度，mm；L 0 为试样 知，加入 GR 后，Gel 的结构并未被破坏。且 Gel
–1
原始长度，mm。 在 3365 cm 处存在明显的—OH 伸缩振动吸收峰，
1.3.5 抗冻性和保湿性测试 Gel-10/GR-0.8 导电水凝胶中—OH 伸缩振动吸收峰
–1
抗冻性测试：将导电水凝胶放置在–20 ℃环境 出现在 3357 cm 处，—OH 伸缩振动吸收峰向低波
下 12 h，记录电导率的变化并进行拉伸测试。 数方向移动，说明 Gel 与 GR 之间存在氢键作用 [28] 。
保湿性测试：将导电水凝胶（初始质量为 W 0 ，
g）放置于 25 ℃与湿度 60%的环境下，记录样品在
不同时间点的质量 W d （g）。保湿率的计算公式如公
式（4）所示：
W
W / %  d  100 （4）
W 0
1.3.6 SEM 测试
将样品拉伸断面在冻干机中冷冻干燥 48 h 后，
在真空条件下利用喷金设备对导电水凝胶断面进行
喷金。用扫描电子显微镜观察样品的断面形貌。
1.3.7 黏附性测试 图 1 Gel 水凝胶和 Gel-10/GR-0.8 导电水凝胶的 FTIR 谱图
Fig. 1 FTIR spectra of Gel hydrogel and Gel-10/GR-0.8
用电子万能试验机分别测试导电水凝胶在聚四
conducting hydrogel
氟乙烯板（PTFE）、玻璃板（Glass）、铝片（Al）上
的黏附强度。将水凝胶分别均匀涂抹在不同的基板 2.2 拉曼测试
片（PTFE、Glass、Al 大小均为 5 cm×2 cm）上，与 图 2 是 GR 的拉曼光谱图。从图中可以明显看
同种基板片黏接，黏结面积为 2 cm×2 cm, 固化 2 h 到，GR 出现了 3 个典型的石墨烯特征峰：D 峰
–1
–1
后，以 20 mm/min 的速度进行黏附强度测试。测 5 （ 1347 cm ）、 G 峰（ 1581 cm ）和 2D 峰
–1
次取平均值。 （2690 cm ） [29] 。G 峰代表高度有序的石墨层碳
F 网平面。2D 峰分裂成两个重叠峰，表明 GR 的层数
A  （5）
S 为多层。因此，所选用的 GR 为多层石墨烯。
式中：A 为黏附强度，kPa；F 是试样所承受的最大
2
黏附力，N；S 是试样的黏附面积，cm 。
1.3.8 传感测试
使用电化学工作站评估 Gel/GR 导电水凝胶的
应 变传感性 能。用铜 箔胶带作 为导体， 将
Gel-10/GR-0.8 导电水凝胶固定在手指和手腕位置，
连接到电化学工作站，检测其相对电阻变化情况。
Gel-10/GR-0.8 导电水凝胶的相对电阻变化（ΔR/ R 0 ）
通过公式（6）进行计算：
(RR )
 RR 0 / %  0  100 （6）
/
R 0 图 2 GR 的拉曼光谱
式中：R 0 和 R 分别为水凝胶不产生形变时的电阻， Fig. 2 Raman spectrum of GR

Ω 和水凝胶产生形变时的电阻，Ω。
2.3 导电性能
2 结果与讨论 Gel 作为 Gel/GR 导电水凝胶体系内构建网格
结构的主要组分，对水凝胶性能有很大影响。因此，
2.1 红外测试 考察了 Gel 含量对导电水凝胶导电性能的影响，结
图 1 为 Gel 水凝胶和 Gel-10/GR-0.8 导电水凝胶 果见图 3。图 3 显示，随着 Gel 质量的增加，Gel/GR
的 FTIR 谱图。由图 1 可知，1681、1590、1276 cm –1 导电水凝胶的电导率逐渐降低。这是因为 Gel 本身