[发明专利]一种离子水凝胶其制备方法

说明书

本发明提供了一种离子水凝胶及其制备方法，包括以下步骤：制备羟基磷灰石纳米线浆料；向制得的羟基磷灰石纳米线浆料中加入单宁酸并调节溶液的pH值为弱碱性，搅拌，得单宁酸包裹的羟基磷灰石纳米线悬浮液；向单宁酸包裹的羟基磷灰石纳米线悬浮液中加入乙二醇、PVA和三氯化铝，混匀，将混合物于90‑100℃条件下搅拌至PVA完全溶解，然后将混合物依次进行冷冻、解冻操作，如此循环冻融2‑5次，制得。该凝胶可有效解决现有的水凝胶存在的抗冻效果差、抗紫外线能力差、力学性能差、传感功能单一化、工作寿命短的问题。

技术领域

本发明属于离子水凝胶技术领域，具体涉及一种离子水凝胶及其制备方法。

背景技术

离子水凝胶被认为是替代生物质能皮肤的有力候选者。它具有与人体皮肤相似的功能，例如能够感应不同类型的力(拉力和压力)和温度变化。此外，它还具有人类皮肤不具备的功能，例如：感知超声波和湿度变化的能力，以及光致变色的能力。在离子水凝胶领域，水凝胶已逐渐成为国内外研究的热点。

但目前，离子水凝胶还遍存在以下缺点：

1.在正常温度和湿度下，水凝胶极易失水，导致与外界接触时，不能进行长期有效的工作；

2.在低温环境下，水凝胶中的自由水极易结冰；

3.具有透明性的水凝胶，往往缺乏紫外线屏蔽的功能，限制其在某些特殊环境中的应用，例如高原，高海拔或紫外线强烈的太空区域；

4.传感功能单一化，即通常只能对一种物理量有所响应，不能对多种物理量进行响应。

5.力学性能差，通常不能承受较高的拉伸形变或压缩应力。

因此，研发出一款低温防冻、抗紫外线、力学性能好、多模式传感性能且能长期有效工作的高导电水凝胶显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种离子水凝胶及其制备方法，该方法可有效解决现有水凝胶存在的抗冻效果差、抗紫外线能力差、力学性能差、传感功能单一化、有效工作寿命短的问题。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种离子水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备羟基磷灰石纳米线浆料；

(2)向步骤(1)中制得的羟基磷灰石纳米线浆料中加水和单宁酸并调节溶液的pH值为弱碱性，搅拌，得单宁酸包裹的羟基磷灰石纳米线悬浮液；

(3)向步骤(2)中的单宁酸包裹的羟基磷灰石纳米线悬浮液中加入乙二醇、PVA和三氯化铝，混匀，将混合物于90-100℃条件下搅拌至PVA完全溶解，然后将混合物进行冷冻，然后解冻，如此循环冻融2-5次，制得。

上述方案中，将单宁酸包覆于羟基磷灰石纳米线表面，由于单宁酸具有较强的亲水性，单宁酸包覆的羟基磷灰石纳米线在水中显示出良好的均匀分性，对水凝胶的力学性提高有很大的帮助；具有合适纳米尺寸的单宁酸包覆于羟基磷灰石纳米线能够反射较短波长的紫外线，并允许较长波长的可见光通过，能够起到反射紫外线，实现透明性的作用；单宁酸特殊的儿茶酚基团对紫外光波有吸收作用，能够起到抗紫外线的作用；单宁酸和金属离子Al³⁺有螯合作用，使得金属离子Al³⁺能够在二元溶剂中均匀分布，提高了水凝胶的导电性；并且金属离子Al³⁺在乙二醇分子和水分子形成的分子级离子水通道中能够更快速的移动，从而极大地提高了应变传感的敏感性。