一种离子导电水凝胶的制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于高分子水凝胶技术领域，尤其涉及一种离子导电水凝胶的制备方法及其应用，包括以下步骤：步骤

【技术实现步骤摘要】
一种离子导电水凝胶的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于高分子水凝胶
，尤其涉及一种离子导电水凝胶的制备方法及其应用
。

技术介绍

[0002]近年来，随着物联网的发展，电子传感设备与实体物质的连接越来越重要
。
可穿戴电子传感设备因其能够方便的检测人体运动和生理信号而备受关注
。
传统的可穿戴电子传感设备通常是将导电材料与柔性基材结合，通过外部作用粘接在人体表面进行人体运动和生理信号的检测
。
但是，传统的可穿戴电子传感设备通常是刚性和脆性的，不能承受较大的拉伸变形，并且与皮肤的适应性较差，这不利于传感设备长期使用的稳定性
。
[0003]离子导电水凝胶在人工智能
、
生物医学检测
、
电子皮肤
、
软体机器人和柔性可穿戴设备等方面有着广泛的应用，因为它们具有柔软性
、
高保水性
、
生物相容性和高灵敏的导电性
。
到目前为止，大多数报道的导电水凝胶是通过在水凝胶中加入碳纳米管（
CNT
）
、
银纳米线（
AgNWs
）
、
氧化石墨烯（
GO
）
、
离子液体（
IL
）和导电聚合物（聚苯胺
、
聚吡咯）来制备的
。
其中，将水凝胶与离子液体相结合的策略对于制造基于离子导电水凝胶的柔性可穿戴电子设备具有巨大潜力
。
这是因为由此产生的柔性电子装置表现出高离子传导性
、
生物相容性和良好的化学稳定性，更重要的是它们的功能和特性可以通过调整
IL
中成对的阳离子和阴离子的结构来定制
。
[0004]然而，现有的水凝胶制作面临以下问题：首先，传统的水凝胶缺乏额外的粘附层，不能与人体皮肤有良好的适配性，这使其用来制备柔性可穿戴传感器变得繁琐
。
其次，传统的水凝胶通常是一种由自由基聚合而成的单一网络水凝胶
。
这个过程可能涉及有毒的单体
、
交联剂
、
引发剂和无氧环境，这可能导致有限的绿色生产和难以回收，既增加了成本，也会污染环境，这对于大规模生产施工是不利的
。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种离子导电水凝胶的制备方法及其应用
。
[0006]本专利技术通过精心调整聚硫辛酸弹性体中的内部相互作用，报告了在水溶剂存在下，采用天然小分子物质
α
‑
硫辛酸热开环聚合与天然多糖海藻酸钠相互交联制备出低毒高灵敏导电性的水凝胶
。
此外，铁（
III
）离子被引入网络中，作为带有羧基的强络合物中心取代部分弱氢键，形成较强作用的金属配位键
。
因此，聚硫辛酸
、
海藻酸钠和铁（
III
）离子一起形成了热力学稳定的超分子聚
(
硫辛酸
‑
海藻酸钠
‑
Fe
3+
)
共聚物网络
。
此外，在多重网络中加入空气稳定的离子液体以形成其与羧酸之间的氢键，很好地稳定了聚合态聚硫辛酸
。
所制备的聚
(
硫辛酸
‑
海藻酸钠
‑
Fe
3+
)
共聚物穿网络离子导电水凝胶具有多种不同类型的动态化学键即动态共价二硫键
、
铁
(III)
‑
羧基配位键
、
非共价键和离子键，由此得到的共聚物材料具有优异的性能，例如可拉伸性
、
可回收性
、
自粘性能
、
自愈合能力和杰出的导电灵敏度
。
这
种无毒
、
生物相容性的水凝胶可用于柔性可穿戴电子传感器来对人体运动和细微的生理活动进行监测，包括手指弯曲
、
手腕弯曲
、
微笑
、
吞咽和发音识别等大小运动
。
[0007]本专利技术所采用的技术方案是：本专利技术提供一种离子导电水凝胶的制备方法，包括以下制备步骤：步骤
S1、
柠檬酸铁溶液的制备通过在去离子水中混合九水合硝酸铁和柠檬酸钠二水合物来制备柠檬酸铁溶液，然后用
5mol/L
氢氧化钠溶液将混合溶液的
pH
值调整到6‑7之间，记作
A
液；步骤
S2、
水凝胶预凝胶溶液的制备将三羟甲基氨基甲烷溶于去离子水中，然后将一定量的海藻酸钠加入到溶液中，涡旋并超声直到溶液均匀；接着，在搅拌和超声下将
α
‑
硫辛酸加入到溶液中，得到黄色溶液；最后，将一定体积的离子液体加入到
α
‑
硫辛酸溶液中并搅拌3分钟，记作
B
液；将
B
液倒入模具中，在烘箱中
80℃
加热
1。5h
，经室温冷却后形成预凝胶；步骤
S3、
离子导电水凝胶的形成将上述步骤
B
液所得的预凝胶均匀溶解在
A
液中，并放置几天以促进均匀配位位置的形成，然后加热以蒸发过量的水，形成离子导电水凝胶
。
[0008]在以上方案的基础上，进一步的，所述步骤一中九水合硝酸铁与柠檬酸钠二水合物的摩尔比为1：
1。
[0009]在以上方案的基础上，进一步的，所述步骤二中的
α
‑
硫辛酸与海藻酸钠的质量比为（
35~40
）：
1。
[0010]在以上方案的基础上，进一步的，所述步骤二中的三羟甲基氨基甲烷和去离子水的质量比为
1:4。
[0011]在以上方案的基础上，进一步的，所述步骤二中的去离子水与
α
‑
硫辛酸的质量比为2：
1。
[0012]在以上方案的基础上，进一步的，步骤二中的
α
‑
硫辛酸与离子液体的摩尔比为（
4~10
）：
1。
[0013]在以上方案的基础上，进一步的，步骤三中的
α
‑
硫辛酸与三价铁离子的摩尔比为1：（
0。5%~5%
）
。
[0014]在以上方案的基础上，进一步的，所述步骤二中的离子液体为1‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑硫酸乙酯
、1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐
、1
‑
丁基
‑3‑
甲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种离子导电水凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：步骤
S1、
柠檬酸铁溶液的制备通过在去离子水中混合九水合硝酸铁和柠檬酸钠二水合物来制备柠檬酸铁溶液，然后用
5mol/L
氢氧化钠溶液将混合溶液的
pH
值调整到6‑7之间，记作
A
液；步骤
S2、
水凝胶预凝胶溶液的制备将三羟甲基氨基甲烷溶于去离子水中，然后将一定量的海藻酸钠加入到溶液中，涡旋并超声直到溶液均匀；所述三羟甲基氨基甲烷和去离子水的质量比为1：
4;
接着，在搅拌和超声下将
α
‑
硫辛酸加入到溶液中，得到黄色溶液，所述去离子水与
α
‑
硫辛酸的质量比为
2:1
；最后，将一定体积的离子液体加入到
α
‑
硫辛酸溶液中并搅拌3分钟，记作
B
液；将
B
液倒入模具中，在烘箱中
80℃
加热
1.5h
，经室温冷却后形成预凝胶；步骤
S3、
离子导电水凝胶的形成将上述步骤
B
液所得的预凝胶均匀溶解在
A
液中，并放置几天以促进均匀配位位置的形成，然后加热以蒸发过量的水，形成离子导电水凝胶
。2.
根据权利要求1所述的离子导电水凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤一中九水合硝酸铁与柠檬酸钠二水合物的摩尔比为1：
1。3.
根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：常志豪，范云祥，林碧如，匡卫，王鑫，田荟琳，王志雄，孟志磊，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学山东省科学院，
类型：发明
国别省市：