一种可拉伸透明导电水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可拉伸透明导电水凝胶及其制备方法，该导电水凝胶结构为交联高分子网络包覆导电聚合物。其中交联高分子网络可以是聚丙烯酰胺（PAAm）或聚丙烯酸（PAA）；导电聚合物是聚（3,4‑乙烯二氧噻吩）‑聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）。其通过三步合成法制备，包括如下步骤：冷冻PEDOT:PSS与乙二醇的混合溶液得到PEDOT:PSS预反应溶液；在上述预反应液中添加交联高分子网络单体、引发剂、催化剂和加速剂，随后进行热聚合；最后将热聚合产物置于硫酸溶液浸泡，得到可拉伸透明导电水凝胶。本发明专利技术可获得综合性能优异的导电水凝胶，具体表现为电导率高、透光率高、拉伸性好、表面平整、形状与厚度可调等。

A Tensile Transparent Conductive Hydrogel and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种可拉伸透明导电水凝胶及其制备方法
本专利技术属于光电材料
，特别涉及一种可拉伸透明导电水凝胶及其制备方法。
技术介绍
随着科技发展，人们对电子产品的应用需求越来越广泛，特别是对柔性、可拉伸性和可穿戴的要求。一种新兴的材料—导电凝胶得到了极大的应用，导电凝胶具有独特的柔性/延展性以及导电、低成本制造工艺等优势。然而现有的主要合成导电凝胶方式是将导电聚合物与传统的绝缘水凝胶复合。但由于水凝胶的加入导致离子和电子的迁移同时发生，可能发生的电化学反应或者水电解会影响电子电荷传导性能。而且通过导电单体聚合成凝胶阵列制备高强度导电凝胶的方式制备过程复杂，导电成分连接不连续，分布不均匀。这些问题导致导电性、透光性及可拉伸性不理想。目前同时具备好的导电性、透光性及可拉伸性的电极仍面临较大的挑战。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，更好的满足未来可穿戴电子产品的发展，本专利技术提供一种可拉伸透明导电水凝胶及其制备方法，该导电水凝胶是综合性能优异。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种可拉伸透明导电水凝胶，该导电水凝胶的结构为交联高分子网络包覆导电聚合物。优选地，所述交联高分子网络是聚丙烯酰胺（PAAm）或聚丙烯酸（PAA）；所述导电聚合物是聚（3,4-乙烯二氧噻吩）-聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）。一种可拉伸透明导电水凝胶的制备方法，该制备方法包括以下步骤：（1）冷冻PEDOT:PSS、乙二醇及水的混合溶液得到PEDOT:PSS预反应溶液；（2）在PEDOT:PSS预反应溶液中添加交联高分子网络单体、引发剂、交联剂和加速剂，随后进行热聚合；（3）将热聚合产物置于酸溶液中浸泡。优选地，所述步骤（1）中，所述PEDOT:PSS预反应溶液是将PEDOT:PSS、乙二醇及水在密闭容器里充分混合后在零下10~20oC下冷冻24h，随后取出并在常温下真空抽滤得到。优选地，所述步骤（1）中，PEDOT:PSS、乙二醇及水的体积比为3:1:8。优选地，所述步骤（2）中，所述交联高分子网络单体是丙烯酰胺（AAm）或丙烯酸（AA）；所述引发剂是过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾；所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺；所述加速剂为N,N,N’,N’-四甲基乙二胺（TEMED）。优选地，所述交联网络高分子单体的浓度为0.5~2.5M；所述引发剂的质量是高分子单体质量的4%~8%；所述交联剂的质量是是高分子单体质量的3%~5%；所述加速剂的质量是高分子单体质量的2%~4%。优选地，所述步骤（3）中，所述酸溶液为硫酸、盐酸或磷酸，所述酸溶液摩尔浓度为0.4~1M。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：（1）导电水凝胶的结构为交联高分子网络包覆导电聚合物，实现PEDOT:PSS的导电性和交联网络高分子的机械可拉伸性有机结合。该导电水凝胶综合性能优异，具体表现为导电性高、透光性好和可拉伸性强；（2）本专利技术通过简单聚合的方式制备可拉伸透明凝胶，制备方法简易，可有效降低制作成本，适于大规模生产，通过特制模具可以实现电极的图案化制作及形状与尺寸的调节，并通过制备过程的参数控制，可获得综合性能优异的超级电容器，特别适用于未来柔性、便携可穿戴电子产品的应用。附图说明图1是本专利技术的导电水凝胶的扫描电镜图。图2是本专利技术的导电水凝胶的透光度测试。图3是本专利技术的导电水凝胶的拉伸性能图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作更进一步的说明。实施例1将3mLPEDOT:PSS、1mL乙二醇及8mL水在密闭容器里充分混合，在零下18oC下冷冻24h，继而在常温下真空抽滤取出即得PEDOT:PSS预反应液。在12mL的PEDOT:PSS预反应液中依次添加0.904gAAm单体，0.053g过硫酸钠，0.034gN,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.035gTEMED，轻晃均匀后，快速注入20*80*0.3mm的玻璃模具中，至于干燥箱中恒温90oC加热2小时。取出后将导电水凝胶与模具脱离，再浸入0.4M的硫酸溶液中，浸泡24小时后自然干燥，获得可拉伸透明导电水凝胶。本实施例制得的导电水凝胶呈现有利于电荷传输的多孔微观形貌，如图1，电导率优异，其透光度达到65％，如图2；在可拉伸至原长两倍后性能无明显衰降，拉伸性好，如图3。实施例2将3mLPEDOT:PSS、1mL乙二醇及8mL水以体积比为3:1:8在密闭容器里充分混合，在零下18oC下冷冻24h，继而在常温下真空抽滤取出即得PEDOT:PSS预反应液。在12mL的PEDOT:PSS预反应液中依次添加0.904gAAm单体，0.053g过硫酸钠，0.035gN,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.018gTEMED，轻晃均匀后，快速注入20*80*0.3mm的玻璃模具中，至于干燥箱中恒温90oC加热2小时。取出后将导电水凝胶与模具脱离，再浸入0.5M的盐酸溶液中，浸泡12小时后自然干燥，获得可拉伸透明导电水凝胶。本实施例制得的柔性超级电容器的电化学性能与实施例1中相近，且可拉伸性好，其在可拉伸至原长2倍后性能无明显衰降。实施例3将3mLPEDOT:PSS、1mL乙二醇及8mL水以体积比为3:1:8在密闭容器里充分混合，在零下18oC下冷冻24h，继而在常温下真空抽滤取出即得PEDOT:PSS预反应液。在12mL的PEDOT:PSS预反应液中依次添加1.808gAAm单体，0.053g过硫酸钠，0.034gN,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.034gTEMED，轻晃均匀后，快速注入20*80*0.3mm的玻璃模具中，至于干燥箱中恒温90oC加热2小时。取出后将导电水凝胶与模具脱离，再浸入0.4M的硫酸溶液中，浸泡12小时后自然干燥，获得可拉伸透明导电水凝胶。本实施例制得的柔性超级电容器的电化学性能与实施例1中相近，且可拉伸性好，其在可拉伸至原长2倍后性能无明显衰降。实施例4将3mLPEDOT:PSS、1mL乙二醇及8mL水以体积比为3:1:8在密闭容器里充分混合，在零下18oC下冷冻24h，继而在常温下真空抽滤取出即得PEDOT:PSS预反应液。在12mL的PEDOT:PSS预反应液中依次添加0.904gAA单体，0.045g过硫酸钾，0.032gN,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.027gTEMED，轻晃均匀后，快速注入20*80*0.3mm的玻璃模具中，至于干燥箱中恒温90oC加热2小时。取出后将导电水凝胶与模具脱离，再浸入0.4M的硫酸溶液中，浸泡12小时后自然干燥，获得可拉伸透明导电水凝胶。本实施例制得的柔性超级电容器的电化学性能与实施例1中相近，且可拉伸性好，其在可拉伸至原长2倍后性能无明显衰降。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出：对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可拉伸透明导电水凝胶，其特征在于，该导电水凝胶的结构为交联高分子网络包覆导电聚合物。

【技术特征摘要】
1.一种可拉伸透明导电水凝胶，其特征在于，该导电水凝胶的结构为交联高分子网络包覆导电聚合物。2.根据权利要求1所述的可拉伸透明导电水凝胶，其特征在于，所述交联高分子网络是聚丙烯酰胺或聚丙烯酸；所述导电聚合物是聚（3,4-乙烯二氧噻吩）-聚苯乙烯磺酸。3.一种根据权利要求1所述的可拉伸透明导电水凝胶的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：（1）冷冻PEDOT:PSS、乙二醇及水的混合溶液得到PEDOT:PSS预反应溶液；（2）在PEDOT:PSS预反应溶液中添加交联高分子网络单体、引发剂、交联剂和加速剂，随后进行热聚合；（3）将热聚合产物置于酸溶液中浸泡。4.根据权利要求3所述的可拉伸透明导电水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述PEDOT:PSS预反应溶液是将PEDOT:PSS、乙二醇及水在密闭容器里充分混合后在零下10~20oC下冷冻24h，随后取出并在常温下真空抽...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖文勇，吴幼薇，程涛，黄维，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32