离子键强化的隔离结构导电胶乳及其复合材料的电阻-应变特性

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51673121
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0304.通用高分子材料
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The giant challenge of the pressure-sensitive conductive rubber is to develop a facile and low-cost approach to fabricate conductive rubber-based sensors with high sensitivity and excellent repeatability. However, limited progress has been made in this area. Aiming at this issue, this project is proposed to utilize the unique amphiphilicity and 1-D nanostructure of cellulose nanocrystals (CNC) to tune the morphology of conductive rubber latex at micro- and nanoscale. Consequently, a highly segregated conductive network with outstanding sensitivity to external stimuli would be constructed. In order to realize rapid recovery and reconstruction of conductive network, unique self-healable ionic bonds would be constructed between filler-based conductive network and polar rubber latex (e.g. bromobutyl rubber) through grafting of vinylimidazole onto the surface of CNC. Additionally, specific nanostructure design is applied to conductive rubber latex-based composites to achieve synchronous 'destroy-reconstruction' change of conductive network with the deformation of elastic base. As a result, various low-cost, highly sensitive, reproducible and highly flexible sensing materials are fabricated. They are expected to have the capability of detecting multiple external forces (e.g. stretching, pressure, torsion, etc.). This project aims to explore the effect of segregated conductive network on the resistance-strain relationship of the prepared composites and the role of ionic bonds-based supramolecular interaction in the repair and reconstruction of conductive network. Meanwhile, new approach and principle of constructing unique nanostructure in the conductive rubber latex-based composites through layer-by-layer technique would be established. Based on the aforementioned studies, this project would provide promising materials and technologies for the development of new generation wearable electronic devices.
针对现有力敏导电橡胶不能兼顾高灵敏度和重复性以及低成本、易加工等要求的难题,本项目拟利用纳米纤维素(CNC)独特的两亲性和纳米尺寸结构,对导电胶乳进行微纳尺度形态调控,构筑对外场作用响应灵敏的隔离结构导电网络;通过在CNC表面接枝乙烯基咪唑,在填料导电网络与溴化丁基橡胶等极性胶乳间构建具有自修复功能的离子键连接,实现导电网络的快速回复与重建;进而,在导电胶乳复合材料中引入特殊的结构设计,使得导电网络能够随着弹性基底的形变而破坏-重构,制备多种成本低、可大面积加工、柔韧性好、灵敏度高、重复性好,并且可感知多种外力作用(拉伸、压力、扭曲等)的柔性传感材料。研究隔离结构导电网络对复合材料传感特性的影响规律,阐明基于离子键的超分子相互作用对导电网络重建与修复的影响机制,建立基于层层组装方法在导电胶乳复合材料中引入特殊结构设计的新技术新原理,为可穿戴电子设备的开发提供关键材料和技术。

结项摘要

本项目按照任务书认真开展研究工作,针对现有力敏导电橡胶不能兼顾高灵敏度和重复性以及低成本、易加工等要求的难题,通过调控填料组装网络与界面超分子交联网络,制备高灵敏、重复性好、易加工、力学性能优良的柔性应变传感材料,为可穿戴电子设备的开发提供关键材料和技术,全面完成项目任务目标。取得的主要成果如下:利用纳米纤维素独特的两亲性和结构导向作用,对导电胶乳进行微纳尺度形态调控,构筑对外场作用响应灵敏的隔离结构导电网络,突破现有力敏传感材料高灵敏度与宽检测范围不能兼顾的难题,建立了基于层层组装加工方法在导电胶乳复合材料中引入特殊结构设计的新技术新原理;通过在填料组装网络与橡胶基体间构建多重氢键、离子键、配位键等界面可逆交联网络,实现力学性能与导电性能的实时、多次自修复,制备具有超高灵敏度、可监测微小生理活动的自修复应变传感器;针对现有柔性传感材料设计依赖于结构试制、缺乏有效指导等瓶颈问题,创建橡胶填料导电网络力场响应可视化仿真模型,揭示复杂微纳结构力场演变机制及结构-性能构效关系,指导设计制备了多种高性能橡胶力敏传感材料。在Angewandte Chemie International Edition, Advanced Functional Materials, Materials Horizons等本领域重要学术期刊发表SCI论文35篇,均标注本基金项目资助,4篇论文入选ESI高被引论文;申请中国发明专利2项;培养博士研究生2名,硕士研究生7名。本项目建立的乳液模板自组装制备隔离结构功能弹性体及弹性体界面超分子增强等新技术具有应用前景,正在开展产业化应用推广。

项目成果

期刊论文数量(36)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Self-Healing and Reconfigurable Actuators Based on Synergistically Cross-Linked Supramolecular Elastomer
基于协同交联超分子弹性体的自修复和可重构执行器
  • DOI:
    10.1021/acsami.0c11708
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Xiaoyan Qiu;Quanquan Guo;Yuyan Wang;Guangsu Huang;Jie Cao;Zhuo Zheng;Xinxing Zhang
  • 通讯作者:
    Xinxing Zhang
Recent Advances in Self-Healable Intelligent Materials Enabled by Supramolecular Crosslinking Design
超分子交联设计实现的自修复智能材料的最新进展
  • DOI:
    10.1002/aisy.202000183
  • 发表时间:
    2021-05-01
  • 期刊:
    ADVANCED INTELLIGENT SYSTEMS
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Liu, Jize;Li, Xinkai;Zhang, Xinxing
  • 通讯作者:
    Zhang, Xinxing
Scalable-Manufactured Self-Healing Strain Sensors Based on Ions-Intercalated Graphene Nanosheets and Interfacial Coordination
基于离子插层石墨烯纳米片和界面协调的可扩展制造的自修复应变传感器
  • DOI:
    10.1021/acsami.9b06208
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Yumeng Tang;Quanquan Guo;Zhenming Chen;Xinxing Zhang;Canhui Lu;Jie Cao;Zhuo Zheng
  • 通讯作者:
    Zhuo Zheng
Spirally Structured Conductive Composites for Highly Stretchable, Robust Conductors and Sensors
用于高度拉伸、坚固的导体和传感器的螺旋结构导电复合材料
  • DOI:
    10.1021/acsami.7b06256
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Xiaodong Wu;Yangyang Han;Xinxing Zhang;Canhui Lu
  • 通讯作者:
    Canhui Lu
Self-healing strain sensors based on nanostructured supramolecular conductive elastomers
基于纳米结构超分子导电弹性体的自修复应变传感器
  • DOI:
    10.1039/c7ta02416a
  • 发表时间:
    2017-05-28
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Liu, Xuehui;Lu, Canhui;Zhang, Xinxing
  • 通讯作者:
    Zhang, Xinxing

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企业高层长期导向对新产品创造力的影响研究——基于资源编排视角
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电针对自由运行状态小鼠SCN内Cry基因表达的影响
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从四总穴探讨经脉的体表特异性联系
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    --
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    2011
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    刘旭光

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张新星的其他基金

基于界面氢键与机械互锁结构协同调控的强韧化自修复材料研究
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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