[发明专利]一种多功能复合水凝胶的制备方法及应用

说明书

本发明属于功能高分子复合材料和智能电子领域，公开了一种多功能复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：将丙烯酰胺、海藻酸钠和氯化盐溶解在水中，去除气泡，得到混合粘溶液；（2）将单宁酸溶解在步骤（1）的混合粘溶液中，得到混合溶液；（3）在冰浴和氮气氛围下，将引发剂、交联剂和助引发剂加入到步骤（2）的混合溶液中混合均匀，得到混合预聚液；（4）将步骤（3）的混合预聚液注入模具内，在50℃下，反应5h，得到水凝胶。本发明制备的水凝胶兼具优良力学性能，超高透明度，良好的导电性和低温防冻性。基于该水凝胶制备的应变传感器应变检测范围宽、灵敏度高、电信号循环稳定性良好，具有巨大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及功能高分子复合材料和智能电子领域，特别是涉及一种多功能复合水凝胶的制备方法及应用。

背景技术

水凝胶是指一种主链或者支链含有大量亲水性基团并被水溶胀，具有三维网状结构的交联聚合物。它在水中溶胀而不溶解，既含有大量水分，又能保持一定的形状。导电水凝胶结合导电性和柔软性，可以模仿人体皮肤的机械和感觉功能，并在过去几十年里引起了可穿戴设备、可植入生物传感器和人工皮肤等领域的极大的关注。

导电水凝胶可以通过将导电填料包括金属颗粒、碳纳米管和石墨烯引入聚合物中直接制备，但是这种混合方法通常遭受负荷量低和导电成分聚集的问题，从而导致导电性差或者机械性能差。另一种赋予水凝胶导电性的方法是引发共轭前体的原位聚合生成聚噻吩、聚苯胺和聚苯胺等导电聚合物。由于导电网络的形成，水凝胶具有快速的电子传递和增强的机械性能。作为一种导电性可调的导电聚合物，聚苯胺可以利用植酸和和聚电解质作为掺杂剂制造各种类型的导电水凝胶，尽管其具有令人满意的导电性，但是相对较弱且脆的网络严重阻碍了其实际应用。

基于这种导电水凝胶制得的应变传感器大多功能单一、不具有透明性、拉伸性能差、应变检测范围较窄、灵敏度不高、无法在低温下使用，其作为可穿戴传感器使用存在重大缺点。

发明内容

针对现有技术中存在的问题和不足，本发明的目的在于提供一种多功能复合水凝胶的制备方法及应用。

基于上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种多功能复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

（1）将丙烯酰胺、海藻酸钠和氯化盐溶解在水中，去除气泡，得到混合粘溶液；

（2）将单宁酸溶解在步骤（1）得到的混合粘溶液中，得到混合溶液；

（3）在冰浴和氮气氛围下，将引发剂、交联剂和助引发剂加入到步骤（2）得到的混合溶液中混合均匀，得到混合预聚液；

（4）将步骤（3）得到的混合预聚液注入模具内，在50～65℃下，反应4～8h，得到水凝胶样品。

根据上述的制备方法，优选地，步骤（2）中所述单宁酸与丙烯酰胺的质量比为（0.002～0.006）：1，更加优选地，单宁酸与丙烯酰胺的质量比0.005:1。

根据上述的制备方法，优选地，步骤（1）中所述海藻酸钠与丙烯酰胺的质量比为（0.025～0.15）：1；更加优选地，海藻酸钠与丙烯酰胺的质量比0.125：1。

根据上述的制备方法，优选地，步骤（1）中所述氯化盐为氯化锂、氯化钠、氯化钾中的一种或两种及以上的混合物，更加优选地，所述氯化盐为氯化锂。

根据上述的制备方法，优选地，所述氯化盐与丙烯酰胺的质量比为（0.025～0.1）：1；更加优选地，氯化盐与丙烯酰胺的质量比为0.1:1。

根据上述的制备方法，优选地，所述引发剂为过硫酸铵；所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺；所述助引发剂为N,N,N’,N’-四甲基乙二胺。