一种多孔结构双层明胶水凝胶驱动器的制备方法技术

本发明专利技术属于功能性水凝胶的智能驱动器材料领域，具体公开了一种多孔结构双层明胶水凝胶驱动器的制备方法，具体包括以下步骤：(1)明胶溶液的制备：按比例将明胶加入水，在水浴下磁力搅拌获得明胶溶液；(2)固态明胶的制备：明胶溶液注入模具中，冷藏获得无尘纸

【技术实现步骤摘要】
一种多孔结构双层明胶水凝胶驱动器的制备方法


[0001]本专利技术涉及功能性水凝胶的智能驱动器材料领域，具体涉及一种多孔结构双层明胶水凝胶驱动器制备方法

技术介绍

[0002]目前，人工智能功能性高分子材料的研究动态已成为世界上几种高新科技动态之一，水凝胶可用做人工智能功能性高分子材料，其研究与开发工作也日益活跃。一些水凝胶能对外界刺激或环境，如pH、电场、相变、温度、离子强度等变化作出响应，引起高分子凝胶体积的明显的溶胀或收缩.这种不连续的体积变化可作为传感器、执行元件、开关、显示器件和记忆材料，在航空航天、桥梁、建筑、医疗保险及仿生工程方面有广泛的应用前景。
[0003]水凝胶由于含有大量的水，并且具有完善的三维网络结构赋予其软物质的特性，具有弱刺激
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强响应、少添加
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大效果、驱动条件温和等优点；而软物质驱动器特别是水凝胶驱动器在智能器件领域的发展日益受到关注。在凝胶驱动器的研究中，形状记忆凝胶驱动器可以从临时形状回复到原始形状，为目前研究颇为广泛的一种水凝胶驱动器。但目前报道的形状记忆水凝胶驱动器的每一个驱动周期都需要先用外力将凝胶固定为一个临时形状，而无法实凝胶自发的在临时形状与原始形状之间转换，因此凝胶驱动器的操作方式比较复杂，大大制约了水凝胶在驱动器领域的应用。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术存在的问题及不足，本专利技术提供一种多孔双层明胶水凝胶驱动器的制备方法，制备的双层明胶水凝胶驱动器实现循环自动驱动，该方法制备工艺简单、并且制备的水凝胶弯曲性能和驱动性能优异。
[0005]为实现上述技术目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0006]一种多孔结构双层明胶水凝胶驱动器的制备方法，具体包括以下步骤：
[0007](1)明胶溶液的制备：按比例将明胶加入水，在水浴下磁力搅拌获得明胶溶液；
[0008](2)固态明胶的制备：用针管将步骤(1)制备的明胶溶液注入模具中，在2～6℃下冷藏1～3h获得无尘纸
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固态明胶，即预成型；
[0009](3)构建多孔结构:将预成型后的固态明胶放入设定温度的冰箱中冷冻一定时间，构建出多孔结构；
[0010](4)交联:将步骤(3)中得到的多孔结构的明胶水凝胶置于交联剂中，在设定温度下浸泡一定时间，取出反复冲洗浸泡液，得到无序多孔结构明胶水凝胶。
[0011]进一步地，所述步骤(1)中的明胶溶液的质量浓度为5～15％。
[0012]进一步地，所述步骤(1)中配置明胶溶液的温度为40～80℃，磁力搅拌时间10～210min。
[0013]进一步地，所述步骤(2)中模具由上下两片玻璃片和中间层的硅胶垫片组成，所述硅胶垫片与下玻璃片之间衬无尘纸。
[0014]进一步地，所述多孔结构明胶水凝胶为无序多孔结构明胶水凝胶或有序多孔结构明胶水凝胶。
[0015]进一步地，所述无所述有序多孔结构明胶水凝胶将固态明胶采用单向冷冻法，将其置于底部采用高导热性的材料、侧面充填低导热性的材料构成的容器内进行有序结构构。
[0016]进一步地，所述高导热性材料为铜、铝、铁或银中的一种或其合金，所述高导热性材料尼龙、纤维素无纺布或涤纶中的一种。
[0017]进一步地，所述步骤(3)中冰箱的设定温度为
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10～
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230℃,冷冻时间为1～3h。
[0018]进一步地，所述步骤(4)中的交联剂为甲醛、戊二醛或苯甲醛中的一种，所述交联剂的质量浓度为1～5％。
[0019]进一步地，所述步骤(4)中浸泡设定温度为2～10℃，浸泡时间为6～30h。
[0020]本专利技术的有益效果：
[0021]1、现有技术中无多孔水凝胶结构，本专利技术中通过冷冻法构建出多孔明胶水凝胶，该水凝胶的结构变形能力强，驱动性能有益；
[0022]2、本专利技术通过对冷冻工艺和冷冻方式的处理，制备出不同弯曲和驱动性能的明胶水凝胶，所以可以根据实际用途，通过控制备多孔结构的工艺调控明胶水凝胶的性能，实现功能可控。
[0023]3、本专利技术构建了不同结构的双层明胶水凝胶大大的拓展了水凝胶的应用范围，可实现变形和循环驱动。
附图说明
[0024]图1为多孔结构双层明胶水凝胶制备过程示意图；
[0025]图2为多孔结构双层明胶水凝胶SEM图；
[0026]图3为多孔结构双层明胶水凝胶的驱动性能图；
[0027]图4为多孔结构的双层明胶水凝胶的变形示意图；
[0028]图5为多孔结构双层明胶水凝胶的循环驱动性示意图。
具体实施方式
[0029]下面是具体实施方式，对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。
[0030]实施例1
[0031]一种无序多孔结构双层明胶水凝胶驱动器的制备方法，制备工艺流程如图1所示，具体包括以下步骤：
[0032](1)明胶溶液的制备：将10g明胶加入90g水中，在60℃水浴下磁力搅拌60min获得质量浓度为10％的明胶溶液；
[0033](2)固态明胶的制备：将明胶溶液注入模具，模具的构成如果图1(a)所示，有上下两片玻璃片和中间层的硅胶垫片组成，在硅胶垫片与下玻璃片之间垫无尘纸，随后用针管将步骤(1)制备明胶溶液注入模具中，4℃下冷藏1h即可获得无尘纸
‑
固态明胶(如图1(b)(g)所示),明胶分子链相互贯穿固化，使液态变成固态；
[0034](3)构建无序多孔结构:将预成型后的固态明胶放入
‑
20℃冰箱中5h，得到无序孔道结构的水凝胶；
[0035](4)交联:将步骤(3)中得到的明胶置于1％质量浓度的戊二醛溶液中，4℃下浸泡24h，取出反复冲洗浸泡，即可得到无序多孔结构明胶水凝胶。
[0036]实施例1制备的无序多孔结构明胶水凝胶的结构如图2(b1,b2)所示，预成型后的固态明胶未经冷冻制备的水凝胶如图2(a1,a2)，从图中可以看到经过冷冻的水凝胶具有无序多孔结构，而未经冷冻处理的水凝胶表面无孔。从图3中可以看出水凝胶的驱动性能受到不同结构的影响，未经冷冻处理的水凝胶的最大弯曲角度为270
°
弯曲速率可以达到12
°
S
‑1(前10s),经过冷冻的水凝胶的驱动性能提升，其最大弯曲角度为285
°
，前10秒的弯曲速率可以达到13
°
S
‑1。
[0037]实施例2
[0038]一种有序多孔结构的双层明胶水凝胶驱动器制备方法，制备工艺流程及结构变化如图1所示，具体包括以下步骤：
[0039](1)明胶溶液的制备：将10g明胶加入90g水中，在60℃水浴下磁力搅拌60min获得质量浓度为10％的明胶溶液；
[0040](2)固态明胶的制备：将明胶溶液注入模具，模具的构成如果图1(a)所示，有上下两片玻璃片和中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔结构双层明胶水凝胶驱动器的制备方法，具体包括以下步骤：(1)明胶溶液的制备：按比例将明胶加入水，在水浴下磁力搅拌获得明胶溶液；(2)固态明胶的制备：用针管将步骤(1)制备的明胶溶液注入模具中，在2～6℃下冷藏1～3h获得无尘纸
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固态明胶，即预成型；(3)构建多孔结构:将预成型后的固态明胶放入设定温度的冰箱中冷冻一定时间，构建出多孔结构；(4)交联:将步骤(3)中得到的多孔结构的明胶水凝胶置于交联剂中，在设定温度下浸泡一定时间，取出反复冲洗浸泡液，得到无序多孔结构明胶水凝胶。2.根据权利要求1所述多孔结构双层明胶水凝胶驱动器的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的明胶溶液的质量浓度为5～15％。3.根据权利要求2所述多孔结构双层明胶水凝胶驱动器的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中配置明胶溶液的温度为40～80℃，磁力搅拌时间10～210min。4.根据权利要求1所述多孔结构双层明胶水凝胶驱动器的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中模具由上下两片玻璃片和中间层的硅胶垫片组成，所述硅胶垫片与下玻璃片之间衬无尘纸。5.根据权利要求1所述多孔结构双层明胶水凝...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘爱萍，郭平，季善鹏，许为中，武小岗，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：