[发明专利]透明的离子导电纤维素水凝胶及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种透明的离子导电纤维素水凝胶，其特征在于：以电解质溶液作为凝固浴，所述电解质溶液由电解质、水和有机溶剂组成，通过物理再生的方法制备得到透明的离子导电纤维素水凝胶；利用该方法得到的离子导电纤维素水凝胶的拉伸强度为2.5～6.8MPa；拉伸断裂伸长率为188～234％；在550nm处的透光率为92.8～96.6％；导电率为0.37～2.59S/m；凝固点为-23.1～-32.1℃；该水凝胶在-32℃下仍可以正常工作而不丧失透明性；

所述有机溶剂为甘油或乙二醇。

2.一种制备如权利要求1所述透明的离子导电纤维素水凝胶的方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)将纤维素均匀分散于烷基氢氧化铵水溶液中，将分散液在-30～-10℃下冷冻至完全冻结，然后在室温下解冻，离心脱泡后得到透明均一的纤维素溶液；所述的烷基氢氧化铵为四甲基氢氧化铵、三乙基甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、苄基三甲基氢氧化铵、苄基三乙基氢氧化铵中的一种或几种混合物；

2)在步骤1)制备的纤维素溶液加入交联剂，将混合溶液机械搅拌20min后离心脱泡，通过流延法平铺于光滑的玻璃板，在无风环境下静置两小时使纤维素充分交联，得到纤维素凝胶；

3)将步骤2)制备的纤维素凝胶取出，置于电解质溶液中，在0℃环境下放置的时间为12～24h，使其充分再生，得到离子导电纤维素水凝胶；所述电解质溶液中的电解质为可溶性无机、有机电解质，溶剂为水和能与水互溶的有机溶剂，所述有机溶剂为甘油或乙二醇。

3.根据权利要求2所述的透明的离子导电纤维素水凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中纤维素分子量为1.08×10⁵，溶剂为1.88mol/L的烷基氢氧化铵水溶液，所得的纤维素浓度为4～6wt％，冷冻温度为-24℃，冷冻时间为12h。

4.根据权利要求2或3所述的透明的离子导电纤维素水凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中交联剂为环氧氯丙烷、戊二醛和缩水甘油醚类中的一种或几种混合物；所述交联剂与纤维素中的单元葡萄糖摩尔比为0.23～0.46。

5.根据权利要求2或3所述的透明的离子导电纤维素水凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中凝固浴的组成部分为电解质、水和有机溶剂；其中，所述电解质为可水溶的无机、有机电解质，浓度根据电解质在溶剂中的溶解度调节，有机溶剂为能与水互溶的有机试剂，所述有机溶剂为甘油或乙二醇，有机溶剂的质量浓度为0～70wt％。

6.根据权利要求4所述的透明的离子导电纤维素水凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中凝固浴的组成部分为电解质、水和有机溶剂；其中，所述电解质为可水溶的无机、有机电解质，浓度根据电解质在溶剂中的溶解度调节，有机溶剂为能与水互溶的有机试剂，所述有机溶剂为甘油或乙二醇，有机溶剂的质量浓度为0～70wt％。

7.根据权利要求6所述的透明的离子导电纤维素水凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中的交联剂为环氧氯丙烷、戊二醛或缩水甘油醚类中的一种或几种混合；搅拌时间为20min，化学交联时间为2h；步骤3)中电解质溶液的浓度为1～3mol/L，所述有机溶剂为甘油或乙二醇，有机溶剂的质量浓度为0～70wt％，在0℃环境下放置的时间为12～24h。

8.一种如权利要求1所述的透明的离子导电纤维素水凝胶在制备传感器和可穿戴设备中的应用，其特征在于：所述传感器为应变传感器或压力传感器，用于寒冷环境下使用，即使在较低的温度下仍能正常工作。