[发明专利]全光谱范围颜色可调的智能水凝胶及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种全光谱范围颜色可调的智能水凝胶，其特征在于，该智能水凝胶由聚(丙烯酰胺-共聚-丙烯酰胺多巴胺)水凝胶与铁离子组成，铁离子在不同pH值条件下与聚(丙烯酰胺-共聚-丙烯酰胺多巴胺)水凝胶中的邻苯二酚基团的羟基形成不同的配位状态，在不同配位状态下，该智能水凝胶呈现出不同的颜色，当该智能水凝胶所处环境的pH值由1逐渐增加至13时，该智能水凝胶的颜色由黄色逐渐变为红色；该智能水凝胶在冷冻干燥后，其中的铁离子的含量为250～1000μg/g；聚(丙烯酰胺-共聚-丙烯酰胺多巴胺)的结构如式(I)所示，

式(I)中，(m₁+m₂):(n₁+n₂)＝(10～20):1。

2.根据权利要求1所述全光谱范围颜色可调的智能水凝胶，其特征在于，当该智能水凝胶处于pH＝1～13的环境中时，该智能水凝胶的吸收波长的峰值的变化范围为398～710nm。

3.根据权利要求1所述全光谱范围颜色可调的智能水凝胶，其特征在于，该水凝胶中含有丙三醇，丙三醇的体积百分数不超过60％。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述全光谱范围颜色可调的智能水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)配置凝胶预聚液

将单体丙烯酰胺、丙烯酰胺多巴胺，交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺和引发剂偶氮二异丁脒盐酸盐溶解于溶剂中，形成凝胶预聚液；

凝胶预聚液中，丙烯酰胺与丙烯酰胺多巴胺的质量比为100:(5～10)，丙烯酰胺的浓度为0.15～0.4g/mL，交联剂的浓度为0.0005～0.002g/mL，引发剂的浓度为0.001～0.003g/mL；

(2)制备聚(丙烯酰胺-共聚-丙烯酰胺多巴胺)水凝胶

将凝胶预聚液转移至反应容器中，密封，在惰性气体氛围下在60～80℃通过自由基共聚反应形成水凝胶，将所得水凝胶置于溶剂中充分浸泡以除去未反应的单体、交联剂和引发剂，得到聚(丙烯酰胺-共聚-丙烯酰胺多巴胺)水凝胶；

步骤(1)～(2)采用的溶剂相同，为去离子水或丙三醇-去离子水混合溶液；

(3)制备全光谱范围颜色可调的智能水凝胶

将聚(丙烯酰胺-共聚-丙烯酰胺多巴胺)水凝胶置于铁离子的浓度为0.001～1mol/L的铁离子溶液中浸泡2.5～30min，铁离子溶液中处于游离态的铁离子被聚(丙烯酰胺-共聚-丙烯酰胺多巴胺)水凝胶中的邻苯二酚基团捕获，得到全光谱范围颜色可调的智能水凝胶。

5.根据权利要求4所述全光谱范围颜色可调的智能水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，将凝胶预聚液转移至反应容器中，密封，在惰性气体氛围下在60～80℃反应2～6h，得到水凝胶。

6.根据权利要求4所述全光谱范围颜色可调的智能水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述铁离子溶液由含铁离子的水溶性铁盐与步骤(1)或步骤(2)中相同的溶剂配制而成。

7.根据权利要求4至6中任一权利要求所述全光谱范围颜色可调的智能水凝胶的制备方法，其特征在于，丙三醇-去离子水混合溶液中，丙三醇的体积百分数不超过60％。

8.权利要求1至3中任一权利要求所述全光谱范围颜色可调的智能水凝胶在制备滤光片、紫外光传感器以及酸性、碱性气体传感器中的应用。