一种磁场诱导的Janus粘韧水凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及功能性高分子网络的材料技术领域，具体涉及了一种磁场诱导的Janus粘韧水凝胶及其制备方法，用于可穿戴应变传感器和有效余热收集与转换领域。一种磁场诱导的Janus粘韧水凝胶的制备方法，包括以下步骤：S1、获得聚多巴胺修饰的四氧化三铁磁纳米颗粒；S2、得到水凝胶前体溶液；S3、制得磁场诱导的Janus粘韧水凝胶。本发明专利技术基于磁场诱导作用和聚多巴胺修饰的四氧化三铁磁纳米颗粒在丙烯酰胺/海藻酸钙水凝胶两面构建了两面具有不同粘附性的Janus水凝胶，其中聚丙烯酰胺/海藻酸钙双网络结构具有良好的机械稳定性，能够赋予水凝胶耐用性。用性。用性。

【技术实现步骤摘要】
一种磁场诱导的Janus粘韧水凝胶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及功能性高分子网络的材料
，具体涉及了一种磁场诱导的Janus粘韧水凝胶及其制备方法，用于可穿戴应变传感器和有效余热收集与转换。

技术介绍

[0002]大多数生物组织都含有丰富的水，合成的水凝胶可以完美地模仿它们的结构。因此，水凝胶成为可植入设备、伤口敷料和柔性电子产品的理想材料。显然，粘附对于水凝胶和组织和皮肤的和谐结合至关重要。然而，不对称粘附(asymmetric adhesion)在实际应用中是必要的，以避免水凝胶的各向同性和自粘附引起的麻烦。具有两个不同性质表面的Janus水凝胶可以实现这一目的。尽管现有的Janus粘韧水凝胶制备方法有很多，例如介质引导扩散法(medium
‑
guided diffusion)、分子单侧扩散法(molecular one
‑
side diffusion)、温度诱导改性法(temperature
‑
induced modification)。但是，它们基于扩散形式获得的粘附面在时间尺度上不受控制，且大多只实现了单一功能性——不对称粘附，这限制了Janus粘韧水凝胶的新应用窗口。因此，制备出具有双重功能性的Janus粘韧水凝胶具有重要的现实意义。
[0003]四氧化三铁磁纳米颗粒(MNPs)不仅被用作药物递送系统或多功能纳米材料的载体，而且对于磁场具有良好的响应性以及良好的导热性。除此之外，聚多巴胺(PDA)作为受生物启发的新兴材料具有多功能性如光热效应，强粘附性等。在几乎任何材料上制备聚多巴胺的简单性也使得其成为一种多功能涂层。聚多巴胺与四氧化三铁磁纳米颗粒的结合提供了新的材料，可作为功能性填料引入水凝胶前体溶液中。
[0004]利用外场诱导的方式，如电场、光场、磁场等，通过在水凝胶前体溶液中掺杂响应性填料，有望在水凝胶中构建出稳定的Janus结构并使其具有多功能性。然而，在Janus粘韧水凝胶一面同时获得具有强粘附性以及高导热性的制备策略还未见报道。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种磁场诱导的Janus粘韧水凝胶及其制备策略。基于磁场在单侧对聚多巴胺修饰的四氧化三铁磁纳米颗粒的诱导作用，在水凝胶的两面构建出了不同粘附性的Janus水凝胶，制备的Janus水凝胶具有良好的机械性能、通用粘附性和有效的人体余热收集转换能力。
[0006]一种磁场诱导的Janus粘韧水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、制备四氧化三铁磁纳米颗粒后，与盐酸多巴胺水溶液混合并进行超声处理，获得聚多巴胺修饰的四氧化三铁磁纳米颗粒；
[0008]S2、分别将单体、交联剂、引发剂和电解质盐溶解于去离子水中，得到水凝胶前体溶液；
[0009]S3、在模具中粘贴钕铁硼磁铁后，向模具内加入S1制得的聚多巴胺修饰的磁纳米颗粒水溶液，去除模具中多余的水分后，将S2制得的水凝胶前体溶液缓慢倒入模具中密封，
进行聚合反应后，静置，即制得磁场诱导的Janus粘韧水凝胶，聚合反应的温度条件为50℃～70℃，时间条件为3
‑
6h。
[0010]进一步地，在S1中，所述四氧化三铁纳米颗粒采用共沉淀法制得。
[0011]进一步地，在S1中，在S1中，盐酸多巴胺的浓度为0.002～0.008g/mL，以质量比为计，四氧化三铁磁纳米颗粒：盐酸多巴胺＝1:1～5，超声处理的时间条件为4
‑
6h。
[0012]进一步地，在S2中，以摩尔比为计，单体：交联剂：引发剂＝725～900:70:1～5
，
电解质盐的含量为0.5
‑
2.5mol/L；
[0013]进一步地，在S2中，所述单体为丙烯酰胺和海藻酸盐的混合物，且以质量比为计，丙烯酰胺：海藻酸盐＝4～10:1，其中，海藻酸盐可以为海藻酸钠、海藻酸钾、海藻酸镁、海藻酸铵、海藻酸钙、海藻酸丙二醇脂中的一种；
[0014]交联剂为N,N
′‑
亚甲基双丙烯酰胺和二水硫酸钙的混合物，且以质量比为计，N,N
′‑
亚甲基双丙烯酰胺：二水硫酸钙＝11～20:1；
[0015]引发剂为过硫酸铵；
[0016]电解质盐为氯化锂。
[0017]进一步地，在S2中，制备水凝胶前体溶液的具体步骤为：
[0018]S21、将丙烯酰胺、N,N
′‑
亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、二水硫酸钙和氯化锂溶于去离子水中，避光搅拌，得到溶液A；
[0019]S22、将海藻酸盐溶于去离子水中，避光搅拌，得到溶液B；
[0020]S23、将溶液A与溶液B进行混合，即可制得水凝胶前体溶液，其中，以体积比为计，溶液A：溶液B＝1:1～5。
[0021]进一步地，在S2中，引发剂的浓度为0.0006～0.0024g/mL。
[0022]上述磁场诱导的Janus粘韧水凝胶的制备方法制备得到的磁场诱导的Janus粘韧水凝胶。
[0023]上述磁场诱导的Janus粘韧水凝胶在制备穿戴应变传感器领域。
[0024]上述磁场诱导的Janus粘韧水凝胶在实现有效余热收集与转换领域的应用。
[0025]本专利技术提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术基于磁场诱导作用和聚多巴胺修饰的四氧化三铁磁纳米颗粒在丙烯酰胺/海藻酸钙水凝胶两面构建了两面具有不同粘附性的Janus水凝胶，其中聚丙烯酰胺/海藻酸钙双网络结构具有良好的机械稳定性，能够赋予水凝胶耐用性。磁场诱导一侧的聚多巴胺提供大量的邻苯二酚基团，可以与多种基材表面形成大量氢键和离子络合等相互作用，赋予水凝胶优异的粘附性，可用于可穿戴应变传感；四氧化三铁磁纳米颗粒的良好导热性可以使此Janus水凝胶快速在人体皮肤表面和空气之间构建有效温差，展现出较大的塞贝克系数。
附图说明
[0026]图1a
‑
b分别是对比例1与本专利技术实施例1制得的水凝胶产品图；
[0027]图2是本专利技术实施例1制得的磁场诱导的Janus粘韧水凝胶的横截面SEM图；
[0028]图3是本专利技术实施例1制得的磁场诱导的Janus粘韧水凝胶的红外光谱图；
[0029]图4是本专利技术实施例1、对比例2和对比例3制得的水凝胶产品的应力
‑
应变曲线；
[0030]图5a
‑
f分别是本专利技术实施例1制得的磁场诱导的Janus粘韧水凝胶粘附于塑料、玻
璃、铁片、PMMA、猪皮和橡胶六种基材的示意图；
[0031]图6是本专利技术实施例1制得的磁场诱导的Janus粘韧水凝胶用于穿戴应变传感中的GF值；
[0032]图7是本专利技术实施例1和对比例3制得的水凝胶产品的塞贝克系数测试图。
具体实施方式
[0033]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁场诱导的Janus粘韧水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备四氧化三铁磁纳米颗粒后，与盐酸多巴胺水溶液混合并进行超声处理，获得聚多巴胺修饰的四氧化三铁磁纳米颗粒；S2、分别将单体、交联剂、引发剂和电解质盐溶解于去离子水中，得到水凝胶前体溶液；S3、在模具中粘贴钕铁硼磁铁后，向模具内加入S1制得的聚多巴胺修饰的磁纳米颗粒水溶液，去除模具中多余的水分后，将S2制得的水凝胶前体溶液缓慢倒入模具中密封，进行聚合反应后，聚合反应的温度条件为50℃～70℃，时间条件为3
‑
6h，静置，即制得磁场诱导的Janus粘韧水凝胶。2.根据权利要求1所述的磁场诱导的Janus粘韧水凝胶的制备方法，其特征在于，在S1中，所述四氧化三铁纳米颗粒采用共沉淀法制得。3.根据权利要求1所述的磁场诱导的Janus粘韧水凝胶的制备方法，其特征在于，在S1中，盐酸多巴胺的浓度为0.002～0.008g/mL，以质量比为计，四氧化三铁磁纳米颗粒：盐酸多巴胺＝1:1～5，超声处理的时间条件为4
‑
6h。4.根据权利要求1所述的磁场诱导的Janus粘韧水凝胶的制备方法，其特征在于，在S2中，以摩尔比为计，单体：交联剂：引发剂＝725～900:70:1～5
，
电解质盐的含量为0.5
‑
2.5mol/L。5.根据权利要求4所述的磁场诱导的Janus粘韧水凝胶的制备方法，其特征在于，在S2中，所述单体为丙烯酰胺和海藻酸盐的混合物，且...

【专利技术属性】
技术研发人员：张孝进，徐寅冬，戴煜，夏帆，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：