[发明专利]一种双网络结构水凝胶电解质薄膜及其制备方法与应用

说明书

本发明是一种双网络结构水凝胶电解质薄膜及其制备方法和应用，该制备方法包括如下步骤：（1）配置一定浓度的盐类电解质水溶液，分别加入可聚合单体、天然多糖、交联剂、引发剂，搅拌使其充分溶解得到透明溶液；（2）将步骤（1）中配置好的溶液置于片状模具中，在热台上加热引发单体的聚合，即可得到双网络结构水凝胶电解质薄膜。所述水凝胶电解质薄膜具有双重网络结构，以单体的自由基聚合来形成第一重网络结构，以天然多糖作为第二重网络结构。本发明不仅具有良好的拉伸性，而且具有很高的透光度；本发明所构建的柔性可拉伸传感器具有很好的柔性和可拉伸性；本发明所构建的柔性可拉伸传感器表现出了较好的敏感性和分辨不同种类外部刺激的能力。

技术领域

本发明属于可穿戴电子器件技术领域，具体的说是涉及一种双网络结构水凝胶电解质薄膜及其制备方法与应用。

背景技术

柔性传感器件是指通过将各种外部刺激转换为电信号来模仿人类皮肤的柔性和感觉性能的电子器件，由于它们在智能服装，生物医学假肢，仿生机器人等方面具有很好的应用前景而受到越来越多的关注。由于其器件结构简单，功耗低等特点，可作为一种良好的可穿戴电子器件用来检测各种不同大小、不同类型的外部刺激并以电信号的形式给予体现。目前，柔性传感器件的制作通常基于导电海绵，微结构化聚二甲基硅氧烷和石墨烯涂层纸制造，在这些传感器中，很难同时获得高拉伸性和高灵敏度。

最近，水凝胶由于其高拉伸性而在可穿戴电子领域得到广泛的关注，与其他柔性材料相比，水凝胶具有较好的生物相容性和环境友好性。但是，单一网络结构的水凝胶通常由于机械性能不理想而呈现出有限的拉伸性，不能满足相关器件大变形的需要。在提高水凝胶电解质的导电能力方面，一般采用在水凝胶电解质内部添加诸如石墨烯、碳纳米管、银纳米线等化学物质，导致所制备的水凝胶电解质的透明度较差。因此针对具有高拉伸性且具有高透明度的水凝胶电解质的研究尤为重要。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种双网络结构水凝胶电解质薄膜及其制备方法与应用。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明是一种双网络结构水凝胶电解质薄膜的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

（1）配置一定浓度的盐类电解质水溶液，分别加入可聚合单体、天然多糖、交联剂、引发剂，搅拌使其充分溶解得到透明溶液；

（2）将步骤（1）中配置好的溶液置于片状模具中，在热台上加热引发单体的聚合，即可得到双网络结构水凝胶电解质薄膜。

本发明的进一步改进在于所述步骤（1）交联剂与可聚合单体的摩尔比为0.02%，引发剂与可聚合单体的摩尔比为0.4%，天然多糖的浓度为0.2 wt%~1.7 wt%，盐类电解质水溶液的浓度为6 M。

本发明的进一步改进在于在所述步骤（1）中，盐类为锂盐、钠盐、钾盐或铵盐。

本发明的进一步改进在于所述锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂、三氟甲磺酰-全氟丁基磺酰亚胺锂、三氟甲磺酰-全氟丙基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、草酸二氟硼酸锂、二氟磷酸锂、4,5-二氰基-2-三氟甲基咪哩锂、高氯酸锂或氯化锂，所述钠盐为双三氟甲磺酰亚胺钠、高氯酸钠、双氟磺酰亚胺钠、氯化钠、硝酸钠、氟硅酸钠或邻苯二甲酸钠，所述钾盐为双氟磺酰亚胺钾、氯化钾、硝酸钾或邻苯二甲酸氢钾，所述铵盐为四氟硼酸四乙基铵、氯化铵或硝酸铵。

本发明的进一步改进在于所述步骤（1）中的可聚合单体为带有乙烯键的小分子。

本发明的进一步改进在于：所述步骤（1）中单体为氢键给体或氢键受体。

本发明的进一步改进在于所述步骤（1）中的可聚合单体为水溶性的单体，所述天然多糖为水溶性的。