[发明专利]一种具有单面自粘附性的透明导电水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明属于水凝胶技术领域，公开了一种具有单面自粘附性的透明导电水凝胶及其制备方法和应用。该方法是将阴离子型表面活性剂加入去离子水中，在30～80℃下搅拌，然后加入甲基丙烯酸长链烷基酯，10～40℃下搅拌，再加入丙烯酸磁力搅拌至全部溶解，加入引发剂和丙烯酸短链烷基酯继续搅拌，混合均匀，将所得溶液超声消泡，倒入玻璃模具，在50～70℃下反应，得到具有单面自粘附性的透明水凝胶；将该水凝胶完全浸泡在氯化铁和柠檬酸的混合溶液中浸泡，取出冲洗制得。该水凝胶具有独特的单面自粘附性、高强度、可大变形能力、良好的导电性和透明性，可作为应变传感器，在电子皮肤和智能可穿戴设备等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于水凝胶技术领域，更具体地，涉及一种具有单面自粘附性的透明导电水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

导电水凝胶是一种具备优异生物相容性的柔性导电材料，其高含水率、可灵活调控的网络结构和性能、优异的导电性能等优点，使其在可穿戴设备、人造皮肤、人机交互系统以及软体机器人等柔性电子器件领域拥有非常广阔的应用前景。作为可穿戴设备等柔性电子器件的重要组成部分，柔性传感器在实际应用中需要具备自适应应变的性能，自粘附性和自愈合性能等，以确保在重复变形下的稳定信号检测。

在人体活动监测过程中，如果传感器件与皮肤之间接触不良，会产生很大的噪音，噪音主要是由于与“运动”相关的运动伪影所引起的。为了保证输出信号的准确性与可靠性，柔性传感器件与人体组织完美的贴合至关重要。但大多数水凝胶与基体组织之间的粘附性差，为了达到传感器件与人体的无缝衔接，之前的方案主要是借助商用或者医用胶带，但是这种操作会额外增大器件组装过程的复杂程度，而且在运动过程中柔性传感器件与人体组织易发生局部接触不良，从而会影响检测结果的准确性和灵敏度。近年来有研究者制备出具有自粘附性的导电水凝胶，目前报道的自粘附性导电水凝胶主要有两类，即仿贻贝粘附性导电水凝胶与两性离子聚合物导电水凝胶。

仿贻贝粘附性导电水凝胶是通过在水凝胶体系中引入多巴胺或者单宁酸等来获得自粘附性。基于酚羟基化学反应，聚多巴胺或者单宁酸能够根据不同基底的表面性质，与基底发生共价和/或非共价相互作用，从而粘附在基底表面。例如西南交通大学鲁雄教授课题组采用亲水性的聚多巴胺杂化导电聚吡咯，形成亲水性导电纳米复合物，再将高导电复合物与丙烯酰胺共聚，从而在水凝胶网络中原位形成纳米纤维，成功研制出兼具透明、导电、耐拉伸、自粘附性能的新型水凝胶材料。(Lu Han，Liwei Yan,Menghao Wang,KefengWang,Liming Fang,Jie Zhou,Ju Fang,Fuzeng Ren,and Xiong Lu*.Transparent,Adhesive,and Conductive Hydrogel for Soft Bioelectronics Based on Light-Transmitting Polydopamine-Doped Polypyrrole Nanofibrils[J].Chem.Mater.,2018,30,16,5561-5572)该方法工艺非常复杂难控，不利于规模化生产。复旦大学吴培怡教授课题组利用两性离子单元之间的超分子相互作用制备出非共价交联水凝胶，但该凝胶力学性能比较弱(Zhouyue Lei,and Peiyi Wu*.A supramolecular biomimetic skin combininga wide spectrum of mechanical properties and multiple sensory capabilities[J].Nat.Commun.,2018,9,1134)。目前，具有自粘附性的两性离子聚合物导电水凝胶的研究主要是作为电容型传感器使用，作为应变传感器的研究鲜见报道，主要障碍可能是这种凝胶机械性能的不足。因此，当前自粘附性导电水凝胶存在的主要问题是整体对外表现粘性，作为应变型柔性传感器进行组装操作或者使用时比较不方便，另一缺点是机械性能较差，弹性不足，无法满足应变型柔性传感器件实际使用需求。

发明内容