[发明专利]一种取向冷冻银纳米线协同强化的二元水凝胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种取向冷冻银纳米线协同强化的二元水凝胶的制备方法，先是采用定向冷冻的方法形成有序的多孔结构，再通过冷冻聚合使单体在已经形成好的银纳米线网络外再形成一层聚合物交联网络，并保持了较好的孔洞结构。同时，两种网络的协同强化作用，使得本发明制备的二元水凝胶具有很高的弹性以及较好的耐疲劳性。

技术领域

本发明涉及一种取向冷冻银纳米线协同强化的二元水凝胶的制备方法，属于纳米材料技术领域。

背景技术

水凝胶是由亲水的聚合物链在水中发生交联后形成的。由于其物理性质接近软组织，因此广泛的应用在组织工程，传感设备，生物医学等诸多领域。大多数传统水凝胶由于其脆弱的网络结构，在受到外界的压力下，容易发生永久性形变或断裂，循环性很差，因此具有有限的机械性能。而且它们内部的结构简单，缺乏特殊的功能，这很大程度上限制了它们的应用。2002年日本科学家T.Takehisa首次提出了纳米复合水凝胶的概念，该方法使用粘土片纳米材料做为交联剂形成水凝胶进一步的提升了其机械性能。但是单一的纳米材料与传统水凝胶的结合在提高弹性体寿命方面也有着很大的局限。

近些年，取向冷冻技术作为弹性体材料的组装方面有着广泛的应用。对于纳米材料的三维有序组装大大地推进了弹性体材料的实际应用。但是单一的纳米材料三维组装体，大多数具有很差的机械性能，不能进行循环测试。目前，也有通过向纳米材料的三维组装体中灌装水凝胶，提升了它的韧性和拉伸性，但压缩性能还是一般。因此，研究出一种新的纳米材料协同强化的高弹性，耐疲劳的水凝胶很有必要。

本发明通过直接取向冷冻纳米线与形成水凝胶的材料的混合液，形成双层多孔有序的三维网络结构，研究出一种高弹性，耐疲劳的二元水凝胶，大大提高了其机械性能。同时，因为有导电银纳米线材料形成的网络，本发明制备的水凝胶在传感等领域也具有良好的应用前景。

发明内容

本发明针对上述现有技术所存在的不足，旨在提供一种取向冷冻银纳米线协同强化的二元水凝胶的制备方法，以获得高弹性、耐疲劳的二元水凝胶。

本发明取向冷冻银纳米线协同强化的二元水凝胶的制备方法，首先是通过取向冷冻的方法形成有序的孔洞结构；随后在低温下使单体在冻好的银线网络外冷冻聚合成致密的网络。因此，通过双层网络的协同作用，本发明纳米复合水凝胶具有很高的弹性以及较好的耐疲劳性。

本发明取向冷冻银纳米线协同强化的二元水凝胶的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将5.86g分子量为40000的聚乙烯吡咯烷酮加入190ml丙三醇中，搅拌均匀后置于微波炉中加热5min使聚乙烯吡咯烷酮完全溶解，然后降温至50℃，依次向其中加入1.58g硝酸银和10ml丙三醇、0.5ml去离子水与59mg氯化钠的混合溶液，随后控制升温速率25min升温至210℃，加热过程中同时进行磁力搅拌，搅拌的速率为50rpm/min；加热完成后，立即将溶液倒入500ml的烧杯中，加入200ml去离子水，然后静置沉淀一个星期，倒出上层液体获得底层沉淀物，去离子水洗涤后获得银纳米线分散液；

步骤1中，所合成的银纳米线的长度是5-20μm，直径是60-100nm。

步骤1中，银纳米线分散液的浓度为30mg/mL。

步骤2：在氮气保护下，将单体、交联剂、引发剂和催化剂依次加入步骤1制备的银纳米线分散液中，随后置于真空干燥箱中静置除去分散液中所含的气泡，步骤2的整个过程均在冰水浴中进行；

步骤2中，所述单体为丙烯酰胺，添加质量为银纳米线分散液质量的12％。

步骤2中，所述交联剂为亚甲基双丙烯酰胺，添加质量为银纳米线分散液质量的0.06％。