一种导电水凝胶及其制备方法和应用技术

本申请公开了一种导电水凝胶及其制备方法和应用，所述导电水凝胶由丙烯酸类物质和烯基咪唑类物质聚合而成；所述导电水凝胶包含金属配位离子。本申请采用一步法，利用丙烯酸类物质和烯基咪唑类物质与金属离子的离子配位作用，赋予水凝胶粘附性、导电性、透光性等多种性能，制备方法简便。利用的光引发剂作为诱导剂，可以缩短交联的时间以及交联的不均匀问题。所得导电水凝胶良好的拉伸性、可塑性、粘附性、导电性、和透光性，有广泛的应用前景。有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种导电水凝胶及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及一种导电水凝胶及其制备方法和应用，属于水凝胶


技术介绍

[0002]水凝胶即为分散介质为水的凝胶，科学地将水凝胶定义为由亲水性聚合物链，经化学交联或物理交联所形成的一种具有三维网状结构的高分子聚合物。水凝胶能够吸水溶胀而不溶解，具有良好的机械性能和生物相容性，鉴于水凝胶这种独特的结构及性能，引起研究人员的广泛关注。
[0003]金属配位水凝胶具有优异的性能，包括韧性、自愈和粘合性，在电子皮肤、生物医学传感器、软机器人等方面具有广阔的应用前景。但实现水凝胶与大多数表面之间的理想粘合仍然是一个挑战。例如，需要传感器与皮肤的保形接触，这可能在界面上形成间隙并且不舒服。目前研究人员已经做出巨大努力来制备具有保形粘附和灵敏感测的集成水凝胶。利用微纤维膜和基于银纳米颗粒薄膜组成皮肤粘合应变传感器。通过直接在皮肤表面交联粘性蘑菇形乙烯基硅氧烷将皮肤变形转化为电信号。然而，可重复使用性受到限制，即三个循环后的粘合强度降低了48％。再者有文献报道将腺嘌呤和胸腺嘧啶引入聚丙烯酰胺骨架中制备了粘合水凝胶，该凝胶对各种固体材料具有优异的粘合性能，断裂强度较低。因此，制备出具有可逆且顺应的粘附力，韧性和高灵敏度的金属水凝胶将克服机械强度对水凝胶应用的限制，广泛应用于生物医用传感等诸多领域。

技术实现思路

[0004]根据本申请的一个方面，提供了一种导电水凝胶及其制备方法和应用，该多功能导电离子水凝胶具有良好的拉伸性、可塑性、粘附性、导电性、和透光性，解决了常见的导电水凝胶性能单一，无法满足实际情况的问题。
[0005]所述导电水凝胶由丙烯酸类物质和烯基咪唑类物质聚合而成；
[0006]所述导电水凝胶包含金属配位离子。
[0007]可选地，所述丙烯酸类物质选自甲基丙烯酸衍生物。
[0008]可选地，所述甲基丙烯酸衍生物选自甲基丙烯酸钠、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸酐中的至少一种；
[0009]烯基咪唑类物质选自1
‑
乙烯基咪唑、1
‑
丙烯基咪唑中的至少一种。
[0010]可选地，所述金属配位离子选自碱金属离子、碱土金属离子、过渡金属离子中至少一种；
[0011]优选地，碱金属离子包括锂离子；
[0012]优选地，碱土金属离子选自镁离子、钙离子中的至少一种；
[0013]优选地，过渡金属离子镍离子、锌离子、钴离子、锆离子中的至少一种。
[0014]优选地，所述金属配位离子选自镍离子、锌离子、钴离子中的至少一种。
[0015]根据本申请的又一个方面，提供了导电水凝胶的制备方法，所述方法至少包括以
下步骤：
[0016]将含有丙烯酸类物质、烯基咪唑类物质、金属盐、交联剂、光引发剂的混合物，光引发反应，得到所述导电水凝胶。
[0017]可选地，所述丙烯酸类物质与所述咪唑类物质的摩尔比为0.5～2:0.5～2。
[0018]具体地，所述丙烯酸类物质与所述烯基咪唑类物质为合成水凝胶的单体。
[0019]具体地，所述丙烯酸类物质与所述烯基咪唑类物质的摩尔比中，丙烯酸类物质的摩尔用量可独立选自0.5、0.75、1、1.25、1.5、1.75、2，或上述两点之间的任意数值。
[0020]具体地，所述丙烯酸类物质与所述咪唑类物质的摩尔比中，咪唑类物质的摩尔用量可独立选自0.5、0.75、1、1.25、1.5、1.75、2，或上述两点之间的任意数值。
[0021]可选地，所述金属盐选自金属配位离子的可溶性盐；
[0022]优选地，所述可溶性盐选自金属配位离子的氯化盐、硝酸盐、硫酸盐中的至少一种；
[0023]具体地，可溶性镍盐选自六水合氯化镍、六水合硝酸镍、六水合硫酸镍镍中的至少一种。
[0024]可溶性锌盐选自六水合氯化锌、六水合硝酸锌、六水合硫酸锌中的至少一种。
[0025]可溶性钴盐选自六水合氯化钴、六水合硝酸钴、六水合硫酸钴中的至少一种。
[0026]优选地，所述混合物中，金属离子的浓度为0.015mol/L～0.1mol/L。
[0027]进一步优选地，所述混合物中，金属离子的浓度为0.02mol/L～0.03mol/L。
[0028]具体地，所述混合物中，金属离子的浓度下限可独立选自0.015mol/L、0.02mol/L、0.025mol/L、0.03mol/L、0.035mol/L；金属离子的浓度上限可独立选自0.04mol/L、0.05mol/L、0.075mol/L、0.085mol/L、0.1mol/L
[0029]可选地，所述交联剂选自聚乙二醇二丙烯酸酯、N，N
′‑
亚甲基双丙烯酰胺中的至少一种；
[0030]优选地，所述交联剂的用量为所述丙烯酸类物质和烯基咪唑类物质摩尔总量的0.2％～0.4％。
[0031]具体地，所述交联剂的用量可独立选自所述丙烯酸类物质和烯基咪唑类物质摩尔总量的0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％，或上述两点之间的任意数值。
[0032]可选地，所述光引发剂选自芳香酮类化合物；
[0033]优选地，所述芳香酮类化合物选自2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
苯基丙酮、2
‑
羟基
‑4‑
(2
‑
羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮中的至少一种；
[0034]优选地，所述光引发剂的用量为所述丙烯酸类物质和咪唑类物质摩尔总量的0.2％～0.4％。
[0035]具体地，所述光引发剂的用量可独立选自所述丙烯酸类物质和咪唑类物质摩尔总量的0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％，或上述两点之间的任意数值。
[0036]可选地，所述混合物中还包括溶剂；
[0037]所述溶剂包括水。
[0038]可选地，所述光引发反应的条件为：
[0039]光引发光源为紫外光，反应时间为30～45分钟；
[0040]优选地，所述紫外光波长为320～390nm。
[0041]具体地，将混合物在功率为200～300W的高压汞灯紫外固化箱中，光照反应30～45分钟。
[0042]具体地，反应时间可独立选自30分钟、35分钟、40分钟、42分钟、45分钟，，或上述两点之间的任意数值。
[0043]可选地，所述方法还包括，在光引发反应前，对所述混合物进行搅拌；
[0044]可选地，所述搅拌的条件为：
[0045]搅拌速度为500～1000r/min，搅拌时间为20～30分钟。
[0046]根据本申请的又一个方面，提供了上述任一导电水凝胶、上述任一方法制备得到的导电水凝胶在可穿戴电子设备材料中应用。
[0047]根据本申请的又一个方面，提供了上述任一导电水凝胶、上述任一方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导电水凝胶，其特征在于，所述导电水凝胶由丙烯酸类物质和烯基咪唑类物质聚合而成；所述导电水凝胶包含金属配位离子。2.根据权利要求1所述的导电水凝胶，其特征在于，所述丙烯酸类物质选自甲基丙烯酸衍生物；优选地，所述甲基丙烯酸衍生物选自甲基丙烯酸钠、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸酐中的至少一种；优选地，烯基咪唑类物质选自1
‑
乙烯基咪唑、1
‑
丙烯基咪唑中的至少一种。3.根据权利要求1所述的导电水凝胶，其特征在于，所述金属配位离子选自碱金属离子、碱土金属离子、过渡金属离子中至少一种；优选地，所述碱金属离子包括锂离子；所述碱土金属离子选自镁离子、钙离子中的至少一种；所述过渡金属离子镍离子、锌离子、钴离子、锆离子中的至少一种。4.权利要求1
‑
3任一项所述的导电水凝胶的制备方法，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤：将含有丙烯酸类物质、烯基咪唑类物质、金属盐、交联剂、光引发剂的混合物，光引发反应，得到所述导电水凝胶。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述丙烯酸类物质与所述烯基咪唑类物质的摩尔比为0.5～2:0.5～2；优选地，所述金属盐选自金属配位离子的可溶性盐；进一步优选地，所述可溶性盐选自金属配位离子的氯化盐、硝酸盐、硫酸盐中的至少一种；所述混合物中，金属配位离子的浓度为0.015mol/L～0.1mol/L；优选地，所述交联剂选自聚乙二醇二丙烯酸酯、N，N
′‑
亚甲基双丙烯酰胺中的至少一种；优选地，所述交联剂的用量为所述丙烯酸类物质和烯基咪唑类物质摩尔总量的0...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭帅均，周扬，仇晓阳，梁寅秋，王欣雨，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所慈溪生物医学工程研究所，
类型：发明
国别省市：