[发明专利]一种聚乙烯醇基导电水凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种聚乙烯醇基导电水凝胶及其制备方法与应用,所述聚乙烯醇基导电水凝胶的制备方法包括如下步骤:步骤1:取PVA水溶液、乙二醇、PEDOT:PSS、聚丙烯酸钠和去离子水混合并分散均匀，然后静置消去气泡，得到混合均匀的混合溶液；步骤2:将步骤1所制得的混合溶液浇铸于模具或容器中,并反复进行冷冻和解冻,然后置于饱和的氯化钠溶液中浸泡0‑24h，得到聚乙烯醇基导电水凝胶,其制备方法简单，原料易得。

技术领域

本发明属于化学材料领域，尤其涉及一种聚乙烯醇基导电水凝胶及其制备方法与应用。

背景技术

导电水凝胶结合了水凝胶的柔性特性及导电材料的电学性能，在电子皮肤、柔性传感器、新能源电池等领域具有潜在应用前景。但制备兼具良好机械性能、高电导率的导电水凝胶仍是一个挑战；近年来，聚乙烯醇(PVA)水凝胶由于具有良好的机械性能、生物相容性、且对环境友好，并含有较多活性羟基，使其成为制备导电水凝胶的理想基材之一。但，聚乙烯醇水凝胶导电性较差，需利用掺杂导电填料、导电高分子等方法来制备得到高电导率水凝胶。导电水凝胶常用的导电介质有导电填料如碳纳米管、石墨烯等、导电高分子如聚苯胺、聚吡咯、PEDOT:PSS等，其中PEDOT:PSS是近年来柔性传感领域使用较多的一种水溶性的导电高分子掺杂剂。但PEDOT:PSS掺杂导电水凝胶的电导率受到绝缘体PSS的制约。通常采用溶剂剥离，π-π相互作用剥离PSS，提高PEDOT:PSS的电导率。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种具有良好的机械性能和导电性能的聚乙烯醇基导电水凝胶的制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种聚乙烯醇基导电水凝胶的制备方法,包括如下步骤:

步骤1:取PVA水溶液、乙二醇、PEDOT:PSS、聚丙烯酸钠和去离子水混合并分散均匀，然后静置消去气泡，得到混合均匀的混合溶液；

步骤2:将步骤1所制得的混合溶液浇铸于模具或容器中,并反复进行冷冻和解冻,然后置于饱和的氯化钠溶液中浸泡0-24h，得到聚乙烯醇基导电水凝胶。

优选的，所述步骤1中PVA水溶液、乙二醇、PEDOT:PSS、聚丙烯酸钠和去离子水的质量比为100-300：0-3：0-30：0-1：0-30。

优选的，所述PVA水溶液的浓度为7.5-12.5wt％，所述的PVA为PVA-1799、PVA-1788和PVA-2099中的一种或几种混合物。

优选的，所述PEDOT:PSS的固含量为1.0％-1.3％。

优选的，所述聚丙烯酸钠的重均分子量为300万-700万。

优选的，所述步骤1中分散是在室温下用高速分散器分散均匀，所述高速分散器的转速为10000-20000rpm，分散时间为5-10min，所述步骤1中静置消泡时间不低于6h。

优选的，所述步骤2中冷冻时的温度为-20℃-0℃，每次冷冻的时间为20h，解冻时的温度为20℃-30℃，每次解冻时间为4h，且冷冻和解冻的循环次数为3-5次。

本发明的目的之二在于提供一种如上所述的聚乙烯醇基导电水凝胶的制备方法所制备的聚乙烯醇基导电水凝胶。

本发明的目的之三在于提供一种如上所述的聚乙烯醇基导电水凝胶在人工皮肤、柔性拉力传感器或超级电容器中的应用。

本发明的有益效果在于：本发明以PEDOT:PSS为导电介质，以聚丙烯酸钠为掺杂剂，以水和乙二醇为溶剂，以聚乙烯醇为基体，通过循环冻融法及盐溶液浸泡法制得机械性能和导电性能优异的导电水凝胶，本发明通过同时引入掺杂剂聚丙烯酸钠和乙二醇并使用氯化钠饱和溶液浸泡，显著改善了水凝胶的拉伸性能和电导率，另外本发明制备方法简单，原料易得，制备的导电水凝胶在人工皮肤、柔性应力传感器或超级电容器等领域具有潜在应用前景。

附图说明