一种双网络结构水凝胶电解质薄膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术是一种双网络结构水凝胶电解质薄膜及其制备方法和应用，该制备方法包括如下步骤：（1）配置一定浓度的盐类电解质水溶液，分别加入可聚合单体、天然多糖、交联剂、引发剂，搅拌使其充分溶解得到透明溶液；（2）将步骤（1）中配置好的溶液置于片状模具中，在热台上加热引发单体的聚合，即可得到双网络结构水凝胶电解质薄膜。所述水凝胶电解质薄膜具有双重网络结构，以单体的自由基聚合来形成第一重网络结构，以天然多糖作为第二重网络结构。本发明专利技术不仅具有良好的拉伸性，而且具有很高的透光度；本发明专利技术所构建的柔性可拉伸传感器具有很好的柔性和可拉伸性；本发明专利技术所构建的柔性可拉伸传感器表现出了较好的敏感性和分辨不同种类外部刺激的能力。

【技术实现步骤摘要】
一种双网络结构水凝胶电解质薄膜及其制备方法与应用
本专利技术属于可穿戴电子器件
，具体的说是涉及一种双网络结构水凝胶电解质薄膜及其制备方法与应用。
技术介绍
柔性传感器件是指通过将各种外部刺激转换为电信号来模仿人类皮肤的柔性和感觉性能的电子器件，由于它们在智能服装，生物医学假肢，仿生机器人等方面具有很好的应用前景而受到越来越多的关注。由于其器件结构简单，功耗低等特点，可作为一种良好的可穿戴电子器件用来检测各种不同大小、不同类型的外部刺激并以电信号的形式给予体现。目前，柔性传感器件的制作通常基于导电海绵，微结构化聚二甲基硅氧烷和石墨烯涂层纸制造，在这些传感器中，很难同时获得高拉伸性和高灵敏度。最近，水凝胶由于其高拉伸性而在可穿戴电子领域得到广泛的关注，与其他柔性材料相比，水凝胶具有较好的生物相容性和环境友好性。但是，单一网络结构的水凝胶通常由于机械性能不理想而呈现出有限的拉伸性，不能满足相关器件大变形的需要。在提高水凝胶电解质的导电能力方面，一般采用在水凝胶电解质内部添加诸如石墨烯、碳纳米管、银纳米线等化学物质，导致所制备的水凝胶电解质的透明度较差。因此针对具有高拉伸性且具有高透明度的水凝胶电解质的研究尤为重要。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种双网络结构水凝胶电解质薄膜及其制备方法与应用。为了达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术是一种双网络结构水凝胶电解质薄膜的制备方法，该制备方法包括如下步骤：（1）配置一定浓度的盐类电解质水溶液，分别加入可聚合单体、天然多糖、交联剂、引发剂，搅拌使其充分溶解得到透明溶液；（2）将步骤（1）中配置好的溶液置于片状模具中，在热台上加热引发单体的聚合，即可得到双网络结构水凝胶电解质薄膜。本专利技术的进一步改进在于所述步骤（1）交联剂与可聚合单体的摩尔比为0.02%，引发剂与可聚合单体的摩尔比为0.4%，天然多糖的浓度为0.2wt%~1.7wt%，盐类电解质水溶液的浓度为6M。本专利技术的进一步改进在于在所述步骤（1）中，盐类为锂盐、钠盐、钾盐或铵盐。本专利技术的进一步改进在于所述锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂、三氟甲磺酰-全氟丁基磺酰亚胺锂、三氟甲磺酰-全氟丙基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、草酸二氟硼酸锂、二氟磷酸锂、4,5-二氰基-2-三氟甲基咪哩锂、高氯酸锂或氯化锂，所述钠盐为双三氟甲磺酰亚胺钠、高氯酸钠、双氟磺酰亚胺钠、氯化钠、硝酸钠、氟硅酸钠或邻苯二甲酸钠，所述钾盐为双氟磺酰亚胺钾、氯化钾、硝酸钾或邻苯二甲酸氢钾，所述铵盐为四氟硼酸四乙基铵、氯化铵或硝酸铵。本专利技术的进一步改进在于所述步骤（1）中的可聚合单体为带有乙烯键的小分子。本专利技术的进一步改进在于：所述步骤（1）中单体为氢键给体或氢键受体。本专利技术的进一步改进在于所述步骤（1）中的可聚合单体为水溶性的单体，所述天然多糖为水溶性的。本专利技术的进一步改进在于所述引发剂为热引发剂，在采用热台进行热引发时，所采用的温度为50~70℃，时间为1~3h。本专利技术的进一步改进在于所述步骤（2）中片状模具的空腔厚度为500μm~1500μm。本专利技术的进一步改进在于：所述水凝胶电解质薄膜具有双重网络结构，含有由单体小分子聚合形成的高分子链段、天然多糖链段以及盐类电解质水溶液，其中，以单体的自由基聚合来形成第一重网络结构，以天然多糖作为第二重网络结构，盐为锂盐、钠盐、钾盐或铵盐，在所述双网络结构水凝胶电解质中，经由单体聚合得到的第一重网络上包含氢键给体或受体，同时第二重网络上包含氢键给体、受体，所以在第一重网络和第二重网络之间存在氢键作用。因为氢键为一动态可逆非共价键，可以通过在拉伸过程中的断裂来耗散能量从而赋予水凝胶电解质更好的拉伸性能。本专利技术的进一步改进在于：所述双网络结构水凝胶电解质薄膜作为离子导体应用于柔性可拉伸传感器中，所述柔性可拉伸传感器由弹性介电层薄膜和覆盖在该薄膜两侧的水凝胶电解质组成，所述弹性介电层薄膜为VHB薄膜。本专利技术的有益效果是：本专利技术所制备的双网络结构水凝胶电解质薄膜不仅具有良好的拉伸性，而且具有很高的透光度；本专利技术所构建的柔性可拉伸传感器具有很好的柔性和可拉伸性；本专利技术所构建的柔性可拉伸传感器表现出了较好的敏感性和分辨不同种类外部刺激的能力。附图说明图1是本专利技术实施例1-4中双网络结构水凝胶电解质薄膜的应力-应变曲线。图2是本专利技术实施例3中双网络结构水凝胶电解质薄膜的动态循环曲线。图3是本专利技术实施例3中双网络结构水凝胶电解质薄膜的透光度曲线。图4是本专利技术实施例3中双网络结构水凝胶电解质薄膜的透光度、最大断裂应变最大断裂应变和其它类似工作的对比。图5是本专利技术实施例5中柔性可拉伸传感器的结构示意图。图6是本专利技术实施例5中柔性可拉伸传感器对不同大小压力的感知。图7是本专利技术实施例5中柔性可拉伸传感器对不同大小拉力的感知。图8是本专利技术实施例5中柔性可拉伸传感器对不同扭曲程度的感知。图9是本专利技术实施例5中柔性可拉伸传感器对手指弯曲角度的感知。具体实施方式以下将以图式揭露本专利技术的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本专利技术。也就是说，在本专利技术的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。本专利技术提供了一种双网络结构水凝胶电解质薄膜及其制备方法，本专利技术的双网络结构水凝胶电解质薄膜在柔性可拉伸传感器等可穿戴电子器件领域具有良好的应用前景。上述柔性可拉伸传感器的制备方法包括以下步骤：（1）首先，在浓度为6M的2ml氯化钠（NaCl）溶液中加入一定量的羧甲基壳聚糖（CMCS），在室温下搅拌1h，使CMCS完全溶解，然后加入1.44ml丙烯酸（AA），搅拌0.5h，使溶液混合均匀，加入19mg过硫酸铵（APS）热引发剂和0.65mgN,N’-亚甲基双丙烯酰胺（MBAA）交联剂，搅拌0.5h，得到透明均匀溶液A；（2）将步骤1中的溶液A注入到间隔为500μm~1500μm的玻璃模具中，60℃的热台上交联1.5h，得到双网络结构水凝胶电解质薄膜；（3）将步骤2中所得的双网络结构水凝胶电解质薄膜分别粘贴在VHB胶带的上下两面，然后分别给上层和下层水凝胶电解质薄膜连接金属电极，就可以得到柔性可拉伸传感器。实施例1（1）首先，在浓度为6M的2mlNaCl溶液中加入0.01gCMCS，在室温下搅拌1h，使CMCS完全溶解，然后加入1.44mlAA，搅拌0.5h，使溶液混合均匀，加入19mgAPS热引发剂和0.65mgMBAA交联剂，搅拌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双网络结构水凝胶电解质薄膜的制备方法，其特征在于：该制备方法包括如下步骤：/n（1）配置一定浓度的盐类电解质水溶液，分别加入可聚合单体、天然多糖、交联剂、引发剂，搅拌使其充分溶解得到透明溶液；/n（2）将步骤（1）中配置好的溶液置于片状模具中，在热台上加热引发单体的聚合，即可得到双网络结构水凝胶电解质薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种双网络结构水凝胶电解质薄膜的制备方法，其特征在于：该制备方法包括如下步骤：
（1）配置一定浓度的盐类电解质水溶液，分别加入可聚合单体、天然多糖、交联剂、引发剂，搅拌使其充分溶解得到透明溶液；
（2）将步骤（1）中配置好的溶液置于片状模具中，在热台上加热引发单体的聚合，即可得到双网络结构水凝胶电解质薄膜。


2.根据权利要求1所述一种双网络结构水凝胶电解质薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）交联剂与可聚合单体的摩尔比为0.02%，引发剂与可聚合单体的摩尔比为0.4%，天然多糖的浓度为0.2wt%~1.7wt%，盐类电解质水溶液的浓度为6M。


3.根据权利要求1所述一种双网络结构水凝胶电解质薄膜的制备方法，其特征在于：在所述步骤（1）中，盐类为锂盐、钠盐、钾盐或铵盐。


4.根据权利要求3所述一种双网络结构水凝胶电解质薄膜的制备方法，其特征在于：所述锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂、三氟甲磺酰-全氟丁基磺酰亚胺锂、三氟甲磺酰-全氟丙基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、草酸二氟硼酸锂、二氟磷酸锂、4,5-二氰基-2-三氟甲基咪哩锂、高氯酸锂或氯化锂，所述钠盐为双三氟甲磺酰亚胺钠、高氯酸钠、双氟磺酰亚胺钠、氯化钠、硝酸钠、氟硅酸钠或邻苯二甲酸钠，所述钾盐为双氟磺酰亚胺钾、氯化钾、硝酸钾或...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛坚，刘晨，李冠军，李芳，赖文勇，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32