一种高导电水凝胶的制备方法与应用技术

本申请公开了一种高导电水凝胶的制备方法与应用。本申请的第一方面，提供一种高导电水凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：在水凝胶基底上通过掩模版形成高导电墨水的图案；热处理高导电墨水形成导电渗透层，得到高导电水凝胶。该制备方法简单易行，在制备过程中通过热处理，加速高导电墨水与水凝胶基底之间的离子交换，促进高导电墨水中的导电物质渗透进入水凝胶基底中，形成结合紧密且均匀的导电渗透层。这种全新的结构将高导电墨水涂层和水凝胶基底结合在一起，两者之间结合紧密且无明显分界，保留了高导电墨水的超高导电性和水凝胶的柔性和生物相容性，为开发具有全新结构的高导电柔性水凝胶电极提供了新的思路。电柔性水凝胶电极提供了新的思路。电柔性水凝胶电极提供了新的思路。

【技术实现步骤摘要】
一种高导电水凝胶的制备方法与应用


[0001]本申请涉及水凝胶
，尤其是涉及一种高导电水凝胶的制备方法与应用。

技术介绍

[0002]水凝胶是一种具有三维聚合物网络并且内部含有大量水的高分子材料，三维聚合物网络赋予其固体性质，而水相使其具有像液体一样的传输特性。水凝胶材料的生物相容性良好、杨氏模量低、含水量与组织环境相似等特点使其成为药物递送材料、医用敷料、组织支架以及可植入式生物电极的完美候选材料。近年来，导电水凝胶已被证明是生物系统和人工生物电子学之间有效的界面桥接介质。由于水凝胶的离子导电特性，富水导电水凝胶有可能获得比干电极更好的信号。
[0003]一般有两种途径提高水凝胶的导电性能，一种是将导电聚合物(提供导电性)与常规绝缘聚合物基质(提供结构支撑和吸水性能)混合，但较差的可加工性和机械脆性限制了它们在生物组织工程上的应用。另一种是使用无机导电填料，例如碳基材料、过渡金属碳化物/氮化物和液态金属，通过与聚合物链的共价/非共价相互作用提供穿过聚合物基质的高效电子传输通道，以提高水凝胶的导电性。然而，这类复合导电水凝胶存在添加物结合不稳定和具有体内毒性等缺点，限制了其在生物医学领域的应用。因此，有必要用简易的方法，制备出具有无毒、结合稳定、导电性能优异的水凝胶材料。

技术实现思路

[0004]本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种高导电水凝胶材料的制备方法和应用，该制备方法能够以简便的步骤制备出无毒、导电性能优异、添加物与水凝胶结合稳定的复合水凝胶材料。
[0005]本申请的第一方面，提供一种高导电水凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]在水凝胶基底上通过掩模版形成高导电墨水的图案；
[0007]热处理高导电墨水形成导电渗透层，得到高导电水凝胶。
[0008]根据本申请实施例的制备方法，至少具有如下有益效果：
[0009]本申请所提供的制备方法简单易行，通过调控掩模板形状可以灵活调控最终得到的高导电性水凝胶的图案形状。同时，在制备过程中通过热处理，加速高导电墨水与水凝胶基底之间的离子交换，促进高导电墨水中的导电物质渗透进入水凝胶基底中，形成结合紧密且均匀的导电渗透层。这种全新的结构将高导电墨水涂层和水凝胶基底结合在一起，两者之间结合紧密且无明显分界，保留了高导电墨水的超高导电性和水凝胶的柔性和生物相容性，为开发具有全新结构的高导电柔性水凝胶电极提供了新的思路。
[0010]其中，高导电墨水通常是包含导电物质与溶剂和/或分散剂形成的体系。高导电墨水的图案是指在水凝胶基底上高导电墨水进入掩模版的镂空部分所形成对应形状的图案。可以理解的是，这一图案可以是指高导电墨水在液态下的图案形状，也可以是指墨水中的溶剂进一步蒸发后形成的导电图案形状。另外对于本申请的实施例而言，其热处理的步骤
使得高导电墨水除了在水凝胶表面形成单独的导电图案层外，还与水凝胶基底发生交换使得这一导电图案延伸到水凝胶基底中形成相互结合的导电渗透层。因而，高导电墨水的导电图案、相互渗透形成的导电渗透层以及水凝胶基底相互之间无明显分界而形成完整的高导电水凝胶结构。
[0011]在本申请的一些实施方式中，高导电墨水被配置为在单独形成导电图案时的导电率为1000～8000S/cm，例如为1000S/cm、1500S/cm、2000S/cm、2500S/cm、3000S/cm、3500S/cm、4000S/cm、4500S/cm、5000S/cm、5500S/cm、6000S/cm、6500S/cm、7000S/cm、7500S/cm、8000S/cm。在其中一些实施方式中，高导电墨水被配置为在单独形成图案化电极时的导电率为2000～6000S/cm，3000～6000S/cm，4000～6000S/cm，5000～6000S/cm。
[0012]在本申请的一些实施方式中，高导电墨水被配置为在单独形成导电图案时的电阻率为1～30kΩ@100Hz，例如为1kΩ@100Hz、2kΩ@100Hz、5kΩ@100Hz、8kΩ@100Hz、10kΩ@100Hz、12kΩ@100Hz、15kΩ@100Hz、18kΩ@100Hz、20kΩ@100Hz、25kΩ@100Hz、30kΩ@100Hz。在其中一些实施方式中，高导电墨水被配置为在单独形成导电图案时的电阻率为1～20kΩ@100Hz，1～10kΩ@100Hz，2～8kΩ@100Hz，4～6kΩ@100Hz。
[0013]在本申请的一些实施方式中，高导电墨水中的导电物质包括高导电聚合物。在其中一些实施方式之，所含有的高导电聚合物使得高导电墨水被配置为在单独形成导电图案时的导电率为1000～8000S/cm。
[0014]在本申请的一些实施方式中，高导电聚合物包括PEDOT:PSS。
[0015]在本申请的一些实施方式中，高导电墨水还包括乙二醇(EG)和双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)中的至少一种。
[0016]在本申请的一些实施方式中，高导电墨水还包括乙二醇和双三氟甲磺酰亚胺锂。
[0017]在本申请的一些实施方式中，乙二醇的质量为PEDOT:PSS溶液质量的1～10wt％，例如为1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％。在其中一些实施方式中，乙二醇的质量为PEDOT:PSS质量的2～10wt％，5～10wt％。
[0018]在本申请的一些实施方式中，LiTFSI的质量为PEDOT:PSS溶液的固含量的5～50wt％，例如为5wt％、10wt％、15wt％、20wt％、25wt％、30wt％、35wt％、40wt％、45wt％、50wt％。在其中一些实施方式中，LiTFSI的质量为PEDOT:PSS溶液的固含量的10～48wt％，10～46wt％，10～45.5wt％，15～45.5wt％，20～45.5wt％，30～45.5wt％，40～45.5wt％。
[0019]通过在PEDOT:PSS体系中添加EG或LiTFSI，并控制相应的比例，尤其是同时添加EG和LiTFSI，能够实现导电性和拉伸性的同步大幅度提升。
[0020]在本申请的一些实施方式中，高导电墨水的黏度为1～1000cP。
[0021]在本申请的一些实施方式中，高导电墨水的表面张力为30～40mN/m。
[0022]在本申请的一些实施方式中，热处理的温度为25～150℃，例如可以是25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃。在其中一些实施方式中，热处理的温度为40～120℃，50～120℃，60～120℃，70～120℃，40～90℃，50～90℃，60～90℃，70～90℃。
[0023]在本申请的一些实施方式中，热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高导电水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在水凝胶基底上通过掩模版形成高导电墨水的图案；热处理所述高导电墨水形成导电渗透层，得到高导电水凝胶。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高导电墨水包括高导电聚合物，所述高导电聚合物包括PEDOT:PSS。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述高导电墨水还包括乙二醇和双三氟甲磺酰亚胺锂中的至少一种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为25～150℃。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为40～90℃。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水凝胶基底的材料选自聚乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晓敏，朱瑞琦，楼子瑞，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：