1. 研究目的与意义（文献综述）

受到人体皮肤的多重感知功能和独特力学性质的启发，过去几十年里，研究者们将可传输电子的刚性半导体或导体材料结合柔性、可拉伸、可自修复的高分子弹性体，发展了一系列可模拟皮肤感知功能和力学性质的智能传感器，也称为“电子皮肤”。此外，考虑到人体皮肤作为一种含水量达 30-60% 的材料，其组成和力学性质更加类似于水凝胶材料，近年来也有研究者提出利用可传导离子的水凝胶制备智能离子皮肤，这一研究广泛扩展了人工智能皮肤的可设计性。电子皮肤和离子皮肤因其在人工智能、可穿戴设备和软物质机器人、物联网等领域的广泛应用和前景，一直是近年来研究的热点，受到很大关注。

本实验在基于多重物理交联的聚丙烯酸-无定形磷酸钙-海藻酸钠（paa-acp-alginate）水凝胶的基础上，加入了导电性强、机械性能好的碳纳米材料，并通过3d打印技术打印电子皮肤的核心元件，最后加上两个金属电极，制成电子皮肤器件。实验所制备的水凝胶柔性及可拉伸性较好，能够使用3d打印技术打印出不同的形状，并良好保持。另外，水凝胶所具有的压阻性，可以使其感知压力并将其转化为电信号表现出来，是一种较好的制备电子皮肤的材料。

本实验使用的主要药品为碳酸钙（caco3）、十二水合磷酸氢二钠（na2hpo4·12h2o）、聚丙烯酸（paa）、海藻酸钠和多壁碳纳米管，碳酸钙和磷酸氢二钠、碳纳米管是实验中比较常用的无机材料，无毒无害；海藻酸钠常用作食品的增稠剂、稳定剂、乳化剂等，同样无毒。整个实验过程在水溶液中进行，只需要高速搅拌，无需高温高压环境。不论是实验药剂还是实验过程，安全性都较高，满足安全要求。另外，实验中不产生对环境有污染的副产物，生成的水凝胶也对环境无害。本实验因采用了3d打印，成本可能会较高。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备： 制备聚丙烯酸-无定形磷酸钙-碳纳米管-海藻酸钠（paa-acp-cnts-alginate）的水凝胶。

材料表征：sem、xrd、xps、tga、应力-应变测试

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－9周：按照设计方案，制备聚丙烯酸-无定形磷酸钙-碳纳米管-海藻酸钠（paa-acp-cnts）的水凝胶，并制成电子皮肤。

第10－12周：对矿物水凝胶的性能进行表征测试。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]gao, h. l.; chen, s. m.; mao, l. b.; song, z. q.; yao, h. b.; colfen, h.; luo, x. s.; zhang, f.; pan, z.; meng, y. f.; ni, y.; yu, s. h., mass production of bulk artificial nacre with excellent mechanical properties[j]. nat commun 2017, 8 (1), 287.

[2]martin, j. j.; fiore, b. e.; erb, r. m., designing bioinspired composite reinforcement architectures via 3d magnetic printing[j]. nat commun 2015, 6, 8641.

[3]yang, y.; chen, z.; song, x.; zhang, z.; zhang, j.; shung, k. k.; zhou, q.; chen, y., biomimetic anisotropic reinforcement architectures by electrically assisted nanocomposite 3d printing[j]. adv mater 2017, 29 (11).