[发明专利]一种光热诱导自修复贵金属纳米复合水凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种光热诱导自修复贵金属纳米复合水凝胶及其制备方法。

背景技术

水凝胶是一种以水为分散介质，通过一定的化学或者物理交联形成的三维交联网络结构的水溶性聚合物。作为一种柔软及高含水性等特征，近年来水凝胶被广泛用于传感与检测、药物释放、驱动器及组织工程等。相比于其他“硬”材料来说，水凝胶可以对外界的种种刺激具有很好的响应性。普通的高分子水凝胶在制备过程中一般采用化学小分子作为交联剂，聚合过程往往以无规聚合为主，从而形成的交联网络中交联点分散性较差，从而带来的是所获得的水凝胶对外力的能量耗散性不好，表观上表现出机械强度和拉伸性较差。纳米复合水凝胶是日本科学家T.Takehisa在2002年提出来的，该水凝胶在制备过程中采用纳米颗粒(粘土片)作为交联剂，与常规水凝胶不同，其聚合过程中发生的是均匀聚合，交联点在整个网络结构中分散均匀，加上无机纳米材料的引入，其形成的纳米复合水凝胶具有超强的机械强度及溶胀性能。

近年来自修复作为一种广泛存在于生物材料中的典型特征而被人们所亲睐。生物组织当受到外界损伤时会通过细胞或组织的自我修复从而恢复其本来的功能和结构。对于普通高分子水凝胶来说，一般是不具备这种智能性的。尤其对于具有高强度的纳米复合水凝胶来说，自修复性能尤为重要，其不仅可以延长水凝胶的使用寿命和使用安全性等，而且对于水凝胶的发展和应用具有很重要的意义。到目前为止，人们利用各种方法来设计水凝胶使之具备自修复性能，比如引入修复剂，在水凝胶网络中引入动态或可逆的共价或非共价作用力作为自修复主题。其中动态或可逆的作用力主要包括氢键、金属-氮配位键、硼-氧键以及双硫键等。然而这些自修复方式在修复时间和修复效率上仍然较高，而且到目前为止，还没有与高强度的纳米复合水凝胶相结合。因此很有必要将自修复与纳米复合水凝胶相结合，研究开发具有快速、高效率的自修复性能的高强度纳米复合水凝胶。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种光热诱导自修复贵金属纳米复合水凝胶及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种光热诱导自修复贵金属纳米复合水凝胶，该水凝胶以动态的贵金属-硫配位键作为自愈主体，其具有均匀的网络结构，即单体在聚合过程中发生均匀聚合反应，从而使得该水凝胶具有良好的拉伸性和强度；其具有良好的抗缺口敏感性能，即在水凝胶表面有缺口或者裂纹时，仍具有良好的拉伸性能；其利用贵金属与硫的动态配位键以及贵金属良好的光热性能，在红外激光的刺激下表现出良好的自修复性能。

一种光热诱导自修复贵金属纳米复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

A、制备贵金属纳米材料分散液：采用零维贵金属纳米颗粒形貌结构分散液、一维贵金属纳米线形貌结构分散液或二维贵金属纳米片形貌结构分散液；

B、贵金属纳米材料的修饰：称取占贵金属纳米材料分散液总质量0.002-0.02％的功能性修饰体，加入到步骤A所得贵金属纳米材料分散液中，充分搅拌并超声混合10-30min，得表面功能化的贵金属纳米材料；

C、亲水性单体、引发剂及加速剂的溶解：称取占贵金属纳米材料分散液总质量10-20％的亲水性单体、占贵金属纳米材料分散液总质量0.1-0.5％的引发剂以及占贵金属纳米材料分散液总质量0.0001-0.001％的加速剂加入到步骤B所得溶液中，充分搅拌并超声混合10-30min至充分溶解，通入氮气5-15min，然后在真空干燥器中除去溶液中溶解的气体；

D、水凝胶的制备：将步骤C的混合溶液在0℃的水浴中预聚合1-3h，后在室温下继续聚合30-60h，即得光热诱导自愈合、高强度纳米复合水凝胶。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤A中，贵金属纳米颗粒分散液的制备方法为：分别配制溶液1：0.3-6mmol/L贵金属盐水溶液和溶液2：40-800mmol/L柠檬酸三钠水溶液，然后取40-60mL溶液1加热至沸，再取0.5-1.5mL溶液2加入到溶液1中保持沸腾反应3-7min，自然冷却后经蒸馏水和酒精离心洗涤即得贵金属纳颗粒分散液。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤A中，贵金属纳米线分散液的制备方法为：取0.05-0.2g贵金属盐和8-12mL油胺于1mL正已烷中超声混合均匀，然后在氮气氛围下加热至80-900℃并剧烈搅拌5-15min，然后在80-90℃条件下静置3-7h，室温冷却后取出溶液，然后用体积比丙酮:乙醇＝1:3的混合溶剂离心洗涤即得贵金属纳米线分散液；