一种具备pH响应的双层水凝胶软体驱动器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种具备pH响应的双层水凝胶软体驱动器及其制备方法，分别制备出含有和不含有氧化石墨烯的两组水凝胶预聚合溶液，通过模具将两组水凝胶预聚合溶液制成双层水凝胶软体驱动器。基于组成双层水凝胶软体驱动器的其中一层凝胶层的组成成分中具有含量适当的氧化石墨烯，在实现增强双层水凝胶软体驱动器力学性能目标的同时，不影响双层水凝胶软体驱动器整体对刺激做出响应的灵敏度。使得该双层水凝胶软体驱动器具有良好的力学性能，并能够在pH为13时发生弯曲和在pH为1时恢复原状，实现水凝胶驱动器力学性能和响应灵敏度兼顾的要求。要求。要求。

【技术实现步骤摘要】
一种具备pH响应的双层水凝胶软体驱动器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及柔性智能驱动材料
，尤其涉及一种具备pH响应的双层水凝胶软体驱动器及其制备方法。

技术介绍

[0002]水凝胶具有独特的三维网状结构，随着外界条件变化时通常会出现独特的反应性和溶胀行为。作为最重要的智能材料之一，水凝胶驱动器可以将各种外部刺激(如光、热、电、pH、化学物质等)转换为可控和可逆的形状变换。与其他聚合物驱动器相比，水凝胶驱动器拥有“软”和“湿”的特性，如同生物体一样，故在软体机器人、人工肌肉、药物释放等方面表现出极好的应用前景。但目前还没有一种兼具力学性能和pH刺激响应行为的水凝胶驱动器。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种具备pH响应的双层水凝胶软体驱动器及其制备方法，在pH的刺激下，水凝胶软体驱动器能产生弯曲变形和恢复变形，以实现力学性能和刺激响应行为的协同。
[0004]具体
技术实现思路
如下：
[0005]第一方面，本专利技术提供一种具备pH响应的双层水凝胶软体驱动器的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0006]S1、向氧化石墨烯分散水溶液中添加甲基丙烯酸单体、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体、N，N
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亚甲基双丙烯酰胺交联剂、硫酸铵引发剂，并调节pH为碱性，搅拌得到水凝胶预聚合溶液A；
[0007]S2、向去离子水中添加甲基丙烯酸单体、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体、N，N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺交联剂、硫酸铵引发剂，搅拌得到水凝胶预聚合溶液B；
[0008]S3、将水凝胶预聚合溶液A注入模具的空腔中，室温静置20～30min，得到第一水凝胶层；
[0009]S4、向第一水凝胶层上方的模具空腔中注入水凝胶预聚合溶液B，室温静置20～30min，得到双层水凝胶预聚合体；
[0010]S5、将盛装有双层水凝胶预聚合体的模具转移至60℃恒温环境，静置10h～12h后，去模，用去离子水浸泡双层水凝胶预聚合体以去除未反应的物质，得到双层水凝胶软体驱动器。
[0011]可选地，步骤S1中，所述水凝胶预聚合溶液A中，所述甲基丙烯酸单体和所述丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体的质量占比为45％～75％；
[0012]所述氧化石墨烯的质量为所述单体质量的0.1％～0.3％；
[0013]所述N，N
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亚甲基双丙烯酰胺交联剂的质量为所述单体质量的0.3％；
[0014]所述硫酸铵引发剂的质量为所述单体质量的0.1％；
[0015]其余为水。
[0016]可选地，步骤S1中，所述氧化石墨烯分散水溶液是由氧化石墨烯纳米颗粒溶解于去离子水中，超声分散均匀获得。
[0017]可选地，步骤S1中，所述调节pH为碱性包括：使用氨水调节pH，所述pH的值为10～12。
[0018]可选地，所述pH的值为10。
[0019]可选地，步骤S2中，所述水凝胶预聚合溶液B中，所述甲基丙烯酸单体和所述丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体的质量占比为45％～75％；
[0020]所述N，N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺交联剂的质量为所述单体质量的0.3％；
[0021]所述硫酸铵引发剂的质量为所述单体质量的0.1％；
[0022]其余为水。
[0023]可选地，步骤S3中，所述模具是通过将中间空心的两层硅橡胶垫片放置在透明玻璃上，然后用另一块透明玻璃板密封制作而成。
[0024]可选地，步骤S5中，所述恒温环境由恒温箱提供。
[0025]第二方面，本专利技术提供一种上述第一方面所述的制备方法获得的具备pH响应的双层水凝胶软体驱动器。
[0026]可选地，所述双层水凝胶软体驱动器具有pH刺激响应能力，在环境pH为13时发生弯曲，并在环境pH为1时恢复原。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0028]本专利技术提供的一种具备pH响应的双层水凝胶软体驱动器的制备方法，通过向组成双层水凝胶软体驱动器的第一水凝胶层中引入氧化石墨烯，以实现增强双层水凝胶软体驱动器的力学性能目标。同时，控制甲基丙烯酸单体、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体、N，N
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亚甲基双丙烯酰胺交联剂以及硫酸铵引发剂的含量来制备软体驱动器的两层水凝胶结构，该驱动器具有良好的力学性能，并能够在pH为13时发生弯曲和在pH为1时恢复原状，实现水凝胶驱动器力学性能和响应灵敏度兼顾的要求。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1示出了本专利技术实施例提供的具备pH响应的双层水凝胶软体驱动器的制备方法流程图；
[0031]图2示出了本专利技术实施例提供的模具示意图；
[0032]图3示出了本专利技术实施例提供的具备pH响应的双层水凝胶软体驱动器的制备流程示意图；
[0033]图4示出了本专利技术实施例提供的具备pH响应的双层水凝胶软体驱动器的pH响应变形图；
[0034]图5示出了本专利技术实施例提供的具备pH响应的双层水凝胶软体驱动器的应力
‑
应
变曲线图。
具体实施方式
[0035]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，任何人在本专利技术的启示下或是将本专利技术与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本专利技术相同或相近似的产品，均落在本专利技术的保护范围之内。以及，本领域普通技术人员在没有开展创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0036]实施例中未注明具体实验步骤或者条件，按照本领域内的现有技术所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂以及其他仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。此外，附图仅为本专利技术实施例的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。
[0037]对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
[0038]在本专利技术的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具备pH响应的双层水凝胶软体驱动器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：S1、向氧化石墨烯分散水溶液中添加甲基丙烯酸单体、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体、N，N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺交联剂、硫酸铵引发剂，并调节pH为碱性，搅拌得到水凝胶预聚合溶液A；S2、向去离子水中添加甲基丙烯酸单体、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体、N，N
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亚甲基双丙烯酰胺交联剂、硫酸铵引发剂，搅拌得到水凝胶预聚合溶液B；S3、将水凝胶预聚合溶液A注入模具的空腔中，室温静置20～30min，得到第一水凝胶层；S4、向第一水凝胶层上方的模具空腔中注入水凝胶预聚合溶液B，室温静置20～30min，得到双层水凝胶预聚合体；S5、将盛装有双层水凝胶预聚合体的模具转移至60℃恒温环境，静置10h～12h后，去模，用去离子水浸泡双层水凝胶预聚合体以去除未反应的物质，得到双层水凝胶软体驱动器。2.根据权利要求1所述具备pH响应的双层水凝胶软体驱动器的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述水凝胶预聚合溶液A中，所述甲基丙烯酸单体和所述丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体的质量占比为45％～75％；所述氧化石墨烯的质量为所述单体质量的0.1％～0.3％；所述N，N
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亚甲基双丙烯酰胺交联剂的质量为所述单体质量的0.3％；所述硫酸铵引发剂的质量为所述单体质量的0.1％；其余为水。3.根据权利要求1所述具备pH响应的双层水凝胶软体驱动器的制备方法，其特征在于，步骤S1...

【专利技术属性】
技术研发人员：阎绍泽，张玉玲，周建辉，谷勇霞，邓智中，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：