一种高韧性导电纳米复合离子凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高韧性导电纳米复合离子凝胶及其制备方法，其在确保产品韧性的基础上，产品兼具较佳的导电率和延伸性，具有优异的综合性能，并且制备工艺简单，适合大规模生产。一种高韧性导电纳米复合离子凝胶，其特征在于：该高韧性导电纳米复合离子凝胶的制备原料包括纳米二氧化钛水溶胶、离子液体和单体，离子液体与纳米二氧化钛水溶胶的体积比为1~8：1，原料的各组分混合后，单体的摩尔浓度为0.5~3M；纳米二氧化钛水溶胶中纳米二氧化钛的粒径大小为5~30 nm、质量浓度为10%~15%；单体为丙烯酸、丙烯酸酯或丙烯酰胺类单体。

【技术实现步骤摘要】
一种高韧性导电纳米复合离子凝胶及其制备方法
本专利技术涉及柔性电子材料领域，特别是涉及一种高韧性导电纳米复合离子凝胶及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着科学技术的发展和人们生活需求的提高，各种可穿戴柔性电子设备得以快速发展。然而以金属为代表的传统导电材模量大、延伸性差，无无法满足柔性电子设备的要求。因此，迫切需要开发具有优异柔韧性与延展性的柔性导电材料，满足目前可穿戴电子设备的发展需求。凝胶材料是由交联的聚合物网络与分散于其中的各种液体构成一种软材料，具有柔性好、模量低等优异性能，可以通过使用导电聚合物或者在液体组分中添加各种导电成分制备具有优异导电性能的凝胶材料，因而被认为是柔性可穿戴电子设备的理想材料。其中，以离子液体作为导电成分的离子凝胶具有导电率高、热稳定性好以及液体不挥发等优点，是目前导电凝胶发展的主流方向之一。现有技术公开了制备离子凝胶的方法，例如，ZhongxiaoLi,JinkeWang,RuofeiHu,ChiLv,andJunpingZheng,AHighlyIonicConductive,Healable,andAdhesivePolysiloxane-SupportedIonogel,MacromolecularRapidCommunications,2019,40,1800776(以下简称文献1)，JiahangLiu1,HongzanSong1,ZihaoWang1,JianxinZhang1,JunZhang2,andXinwuBa1,Stretchable,self-healable,andreprocessablechemicalcross-linkedionogelselectrolytesbasedongelatinforflexiblesupercapacitors,JournalofMaterialsScience,(2020)55:3991–4004(以下简称文献2)，YongZhong,GiaoT.M.Nguyen,andEdwinW.H.Jager,HighlyConductive,PhotolithographicallyPatternableIonogelsforFlexibleandStretchableElectrochemicalDevices,ACSAppliedMaterials&Interfaces,2018,10,21601−21611(以下简称文献3)，LiMeiZhang,YuanHe,SiboCheng,HaoSheng,KerenDai,WenJiangZheng,MeiXiangWang,ZhenShanChen,YongMeiChen,*andZhigangSuo,Self-Healing,Adhesive,andHighlyStretchableIonogelasaStrainSensorforExtremelyLargeDeformation,Small2019,15,1804651(以下简称文献4)。上述文献制备的离子凝胶的导电率和延伸率分别如下所示。上述文献1、3相关方法制备的离子凝胶的延伸性和导电率低均较低，文献2相关方法制备的离子凝胶虽然导电性大幅提升，但其延伸率较低，文献4相关方法制备的离子凝胶虽然延伸率大幅提升，但其导电性较低，尚无法满足实际应用的需求，同时，上述文献方法通常需要特殊的分子结构设计或者较为繁琐的制备工艺，不适合大规模生产。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，更好的满足可穿戴电子设备的发展需求，本专利技术提供了一种高韧性导电纳米复合离子凝胶及其制备方法，其在确保产品韧性的基础上，产品兼具较佳的导电率和延伸性，具有优异的综合性能，并且制备工艺简单，适合大规模生产。其技术方案是这样的，一种高韧性导电纳米复合离子凝胶，其特征在于：该高韧性导电纳米复合离子凝胶的制备原料包括纳米二氧化钛水溶胶、离子液体和单体，所述离子液体与所述纳米二氧化钛水溶胶的体积比为1~8：1，原料的各组分混合后，所述单体的摩尔浓度为0.5~3M；所述纳米二氧化钛水溶胶中纳米二氧化钛的粒径大小为5~30nm、质量浓度为10%~15%；所述单体为丙烯酸、丙烯酸酯或丙烯酰胺类单体中的一种或两种以上的混合。进一步的，所述离子液体为1-甲基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐、1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐、1-甲基-丁基咪唑硫酸氢盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺盐中的一种或两种以上的混合；丙烯酸酯或丙烯酰胺类单体为2-羟基乙基丙烯酸酯、2-甲氧基乙基丙烯酸酯、丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺。进一步的，高韧性导电纳米复合离子凝胶的制备原料还包括引发剂和催化剂，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾或者过硫酸钠，所述引发剂的用量是单体质量的1~5%；所述催化剂为N,N,N’,N’-四甲基乙二胺，所述催化剂用量是单体质量的0.1~1%。一种高韧性导电纳米复合离子凝胶的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：（1）将所述纳米二氧化钛水溶胶与所述离子液体混合，得到均匀的纳米二氧化钛离子液体分散液；（2）在所述纳米二氧化钛离子液体分散液中加入所述单体，通惰性气体排出体系中的氧气，加入引发剂与催化剂，自由基聚合，获得纳米二氧化钛交联含水的纳米复合离子凝胶，所述自由基聚合的温度为40~80℃，聚合时间为4~12小时；（3）将所述纳米二氧化钛交联含水的纳米复合离子凝胶真空干燥，去除水分，得到所述高韧性导电纳米复合离子凝胶。优选地，所述步骤（1）中，所述纳米二氧化钛的粒径大小为5~30nm，所述纳米二氧化钛为金红石型。优选地，所述步骤（2）中，所述惰性气体为氮气或者氦气，所述惰性气体的通气时间为20~60分钟。优选地，所述步骤（2）中，所述自由基聚合的温度为40~80℃，聚合时间为4~12小时。优选地，所述步骤（3）中，所述真空干燥温度为80℃，时间为2~8小时。优选地，纳米二氧化钛平均粒径为10nm，质量浓度为浓度为10%；离子液体为1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐，体积为35ml；单体为丙烯酰胺和N-异丙基丙烯酰胺，丙烯酰胺的摩尔数为0.02mol，N-异丙基丙烯酰胺摩尔数为0.20mol；所述引发剂为过硫酸胺，质量为0.1g，催化剂为N,N,N’,N’-四甲基乙二胺，质量为25mg。优选地，纳米二氧化钛平均粒径为30nm，质量浓度为浓度为10%；离子液体为1-甲基-丁基咪唑硫酸氢盐，体积为70ml；单体为丙烯酰胺和N-羟甲基丙烯酰胺，丙烯酰胺的摩尔数为0.06mol，N-羟甲基丙烯酰胺的摩尔数为0.1mol；所述引发剂为过硫酸胺，质量为0.28g，催化剂为N,N,N’,N’-四甲基乙二胺，质量为45mg。本专利技术的高韧性导电纳米复合离子凝胶，其断裂伸长率为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高韧性导电纳米复合离子凝胶，其特征在于：该高韧性导电纳米复合离子凝胶的制备原料包括纳米二氧化钛水溶胶、离子液体和单体，所述离子液体与所述纳米二氧化钛水溶胶的体积比为1~8：1，原料的各组分混合后，所述单体的摩尔浓度为0.5~3M；/n所述纳米二氧化钛水溶胶中纳米二氧化钛的粒径大小为5~30 nm、质量浓度为10%~15%；/n所述单体为丙烯酸、丙烯酸酯或丙烯酰胺类单体中的一种或两种以上的混合。/n

【技术特征摘要】
1.一种高韧性导电纳米复合离子凝胶，其特征在于：该高韧性导电纳米复合离子凝胶的制备原料包括纳米二氧化钛水溶胶、离子液体和单体，所述离子液体与所述纳米二氧化钛水溶胶的体积比为1~8：1，原料的各组分混合后，所述单体的摩尔浓度为0.5~3M；
所述纳米二氧化钛水溶胶中纳米二氧化钛的粒径大小为5~30nm、质量浓度为10%~15%；
所述单体为丙烯酸、丙烯酸酯或丙烯酰胺类单体中的一种或两种以上的混合。


2.根据权利要求1所述的一种高韧性导电纳米复合离子凝胶，其特征在于：所述离子液体为1-甲基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐、1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐、1-甲基-丁基咪唑硫酸氢盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺盐中的一种或两种以上的混合；
丙烯酸酯或丙烯酰胺类单体为2-羟基乙基丙烯酸酯、2-甲氧基乙基丙烯酸酯、丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺。


3.根据权利要求2述的一种高韧性导电纳米复合离子凝胶，其特征在于：高韧性导电纳米复合离子凝胶的制备原料还包括引发剂和催化剂，
所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾或者过硫酸钠，所述引发剂的用量是单体质量的1~5%；
所述催化剂为N,N,N’,N’-四甲基乙二胺，所述催化剂用量是单体质量的0.1~1%。


4.权利要求3所述的一种高韧性导电纳米复合离子凝胶的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
（1）将所述纳米二氧化钛水溶胶与所述离子液体混合，得到均匀的纳米二氧化钛离子液体分散液；
（2）在所述纳米二氧化钛离子液体分散液中加入所述单体，通惰性气体排出体系中的氧气，加入引发剂与催化剂，自由基聚合，获得纳米二氧化钛交联含水的纳米复合离子凝胶，所述自由基聚合的温度为40~80℃，聚合时间为4~12小时；
（3）将所述纳米二氧化钛...

【专利技术属性】
技术研发人员：许波，王平，袁久刚，徐进，余圆圆，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32