[发明专利]一种抗低温仿生导电水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种抗低温仿生导电水凝胶及其制备方法和应用，属于材料制备技术领域。首先将琼脂糖、单体、光引发剂和交联剂加入到水中，搅拌均匀，通氮气后在恒温油浴锅中加热到90℃，待琼脂糖溶解后获得均一的溶液；在室温下自然冷却形成凝胶后用紫外灯照射；然后在室温下自然干燥后浸泡在含有无机盐和抗冻剂的溶液中，抗冻剂为海藻酸、甘露醇、甜菜碱、甘氨酸或脯氨酸，得到抗低温仿生导电水凝胶。本发明操作简单，易于制备，制备过程绿色安全，耗时短，为制备多功能化高强度水凝胶提供了途径。制得的导电水凝胶具有良好的力学性能和导电率，能够广泛应用于人工皮肤、柔性传感器、组织工程和超级电容器等技术领域。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种抗低温仿生导电水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

随着智能终端的普及，柔性可穿戴设备呈现出巨大的市场前景。传感器作为核心部件之一，将影响可穿戴设备的功能设计与未来发展。高分子导电水凝胶材料因其良好的生物相容性、皮肤贴合性以及高应变灵敏度，逐渐成为柔性应变传感器的研究热点。然而传统的导电水凝胶力学性能较差，且凝胶含水量高，低温下离子传输受阻，凝胶变得硬而脆，无法正常工作。这两方面的原因限制了导电水凝胶的实际应用。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明公开了一种抗低温仿生导电水凝胶及其制备方法和应用，操作简单，易于制备，制备过程绿色安全，耗时短，为制备多功能化高强度水凝胶提供了途径。制得的导电水凝胶具有良好的力学性能和导电率，能够广泛应用于人工皮肤、柔性传感器、组织工程和超级电容器等技术领域。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开的一种抗低温仿生导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将琼脂糖、单体、光引发剂和交联剂加入到水中，搅拌均匀，通氮气除去氧气后，在恒温油浴锅中加热到90℃，待琼脂糖溶解后获得均一的溶液；在室温下待溶液自然冷却形成凝胶后用紫外灯照射，得到聚合后的双网络水凝胶；

步骤2：将步骤1得到的双网络水凝胶在室温下自然干燥后浸泡在含有无机盐和抗冻剂的溶液中，抗冻剂为海藻酸、甘露醇、甜菜碱、甘氨酸或脯氨酸，得到抗低温仿生导电水凝胶。

优选地，单体为甲基丙烯酸羟乙酯或丙烯酰胺，交联剂为亚甲基双丙烯酰胺或聚乙二醇二丙烯酸酯，光引发剂为(2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮)。

进一步优选地，琼脂糖的浓度为5-50g/L，单体总浓度为1-6mol/L，引发剂的浓度为单体总浓度的0.1％-1％，交联剂的浓度为单体总浓度0.01％-0.4％。

优选地，步骤1中，紫外灯照射的时间为1-20h。

优选地，无机盐为氯化钠、氯化钾、氯化铵或氯化钙。

进一步优选地，步骤2中，溶液中无机盐的质量分数为10％-20％，抗冻剂的质量分数为10％-40％。

优选地，步骤2中，自然干燥的时间为6h。

优选地，步骤2中，浸泡的时间为24h。

本发明公开了采用上述制备方法制得的抗低温仿生导电水凝胶，在应变为98％时的压缩应力为46.3Mpa，-40℃时的电导率为1.3S/m。

本发明公开了上述抗低温仿生导电水凝胶作为低温柔性传感器的导电材料的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：