【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于智能软材料领域，具体涉及一种具有强韧性、粘附性、抗溶胀且导电的水凝胶材料及其制备方法，还涉及该水凝胶材料在制备柔性传感器中的应用。
技术介绍
1、水凝胶是由大量水和三维聚合物网络组成的复合材料。导电水凝胶是一种特殊类型的水凝胶，主要是将导电材料(如碳纳米管、银纳米线)、自由离子或者导电网络(如聚苯胺)加入水凝胶中，从而使得水凝胶获得导电性。粘附性水凝胶也是一种特殊类型的水凝胶，主要是将带有粘附性的基团(如琥珀酰亚胺、邻苯二酚等)引入水凝胶中，从而使得水凝胶获得粘附性。
2、近年来，导电水凝胶在柔性机器人、电子皮肤、生物兼容人机界面、柔性传感器等领域中的应用越来越普遍，对于多功能的导电水凝胶的需求也在日益增长。但是，大多数导电水凝胶因为不具备抗溶胀的基团都不具备良好的抗溶胀性能，而导电水凝胶的溶胀行为会使得其力学性能下降并引起其导电性能的不稳定，这限制了导电水凝胶的应用。同时，虽然多功能水凝胶的需求日益见长，但是目前对于能够同时具有良好的电学性能和粘附性能的水凝胶的研究仍然较少。因为通常情况下，可用于制作导电水凝胶的化学性能稳定的导电材料，都不具备粘附性能。反之，通常情况下，用于制备粘附性水凝胶的化学性能稳定的材料都不具备良好的电学性能(尤其是稳定的传感性能)。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术有必要提供一种强韧抗溶胀导电水凝胶材料，该水凝胶材料具有优异的力学性能、抗溶胀性能、粘附性能以及电学性能，从而为柔性传感器领域提供了一种多功能水凝胶材料。>
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、本专利技术第一个方面提供了一种强韧抗溶胀导电水凝胶材料，所述水凝胶材料为聚电解质水凝胶网络和壳聚糖网络互穿形成的复合水凝胶网络结构且其中掺杂有碳纳米管，所述碳纳米管与所述复合水凝胶网络结构存在氢键作用；其中，所述聚电解质水凝胶网络由丙烯酸、n-羟基琥珀酰亚胺丙烯酸酯和甲基丙烯酸二甲氨乙酯聚合得到。
4、图1中给出了本专利技术一较佳实施例中强韧抗溶胀导电水凝胶材料结构及其制备流程示意图。其中，丙烯酸、n-羟基琥珀酰亚胺丙烯酸酯和甲基丙烯酸二甲氨乙酯通过聚合得到聚电解质水凝胶网络；同时，短链壳聚糖在酸性环境中(比如丙烯酸溶液)，壳聚糖表面的氨基质子化，从而溶于酸性溶液，当丙烯酸聚合为聚丙烯酸、并且在去离子水中透析的时候，水凝胶体系的ph值升高，壳聚糖表面的氨基去质子化，壳聚糖链通过氢键，疏水作用及壳聚糖高分子链相互缠结等物理作用形成网络结构，本文中称之为壳聚糖网络。壳聚糖网络和聚电解质水凝胶网络互穿从而形成复合水凝胶的双网络体系。此外，在复合水凝胶网络结构中掺杂有碳纳米管，碳纳米管和双网络体系之间存在良好的氢键作用。
5、并且，壳聚糖可以提升溶液在形成水凝胶之前的粘稠度，从而减缓了碳纳米管的沉降，使得体系均匀成胶，同时有效的保证了碳纳米管的均匀分布，故而保证了制备得到的水凝胶材料具有优异的力学性能稳定性和电阻-应变效应(包括电学性能)的稳定性。
6、本专利技术第二个方面提供了一种如本专利技术第一个方面所述的强韧抗溶胀导电水凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
7、将壳聚糖、丙烯酸、n-羟基琥珀酰亚胺丙烯酸酯、甲基丙烯酸二甲氨乙酯、交联剂、热引发剂于水中混合均匀，获得透明溶液；
8、将所述透明溶液和碳纳米管真空混合均匀并脱气，获得反应液；
9、加热所述反应液引发自由基聚合反应，反应结束后将产物透析，获得水凝胶材料。
10、具体的说，丙烯酸、n-羟基琥珀酰亚胺丙烯酸酯、甲基丙烯酸二甲氨乙酯在交联剂、热引发剂的作用下通过自由基聚合反应形成聚电解质水凝胶网络，该聚电解质水凝胶网络与壳聚糖网络形成互穿网络，同时在水凝胶材料中掺杂有碳纳米管，碳纳米管与互穿网络存在良好的氢键作用。
11、并且，壳聚糖可以提升溶液在形成水凝胶之前的粘稠度，从而减缓了碳纳米管的沉降，使得体系均匀成胶，同时有效的保证了碳纳米管的均匀分布，故而保证了制备得到的水凝胶材料具有优异的力学性能稳定性和电阻-应变效应(包括电学性能)的稳定性。
12、进一步方案，在获得所述透明溶液的步骤中，所述壳聚糖、丙烯酸、n-羟基琥珀酰亚胺丙烯酸酯、甲基丙烯酸二甲氨乙酯、水的质量比为(0.1～0.6)：3：0.1：0.5：6.4。
13、进一步方案，在获得所述透明溶液的步骤中，所述交联剂、热引发剂的选择以能够实现丙烯酸、n-羟基琥珀酰亚胺丙烯酸酯、甲基丙烯酸二甲氨乙酯自由基聚合反应为准，在本专利技术的一些典型的实施例中，所述交联剂为n，n'-亚甲基双(丙烯酰胺)，所述热引发剂为2，2'-偶氮二(2-甲基丙脒)二盐酸盐。
14、进一步方案，在获得所述反应液的步骤中，所述碳纳米管与水的质量比为(1～10)：64，例如其可以是1：64、2：64、3：64或10：64。
15、进一步方案，所述碳纳米管的长度为10～50μm且外径为8～15nm。
16、进一步方案，所述反应液的加热可根据具体的交联剂、热引发剂、聚合单体的种类进行调整，在本专利技术的一些典型的实施例中，所述加热的温度为50℃～65℃，时间为3～10h。
17、进一步方案，所述透析在去离子水中进行，所述去离子水和丙烯酸的质量比为(200～1000)：3，例如其可以是200:3、300：3、500:3或1000:3。
18、进一步方案，所述去离子水的温度为0℃～30℃。
19、进一步方案，所述透析的时间为24h～72h，例如其可以是24h、48h或72h。
20、本专利技术第三个方面提供了如本专利技术第一个方面所述的强韧抗溶胀导电水凝胶材料或采用本专利技术第二个方面所述的制备方法制得的强韧抗溶胀导电水凝胶材料在制备柔性传感器中的应用。
21、进一步方案，所述柔性传感器为可穿戴式传感器。
22、本专利技术第四个方面提供了一种可穿戴式传感设备，其包括传感器，所述传感器采用如本专利技术第一个方面所述的强韧抗溶胀导电水凝胶材料或采用本专利技术第二个方面所述的制备方法制得的强韧抗溶胀导电水凝胶材料制备得到。
23、本专利技术的有益效果：
24、本专利技术中的强韧抗溶胀导电水凝胶材料具有优异的力学性能、抗溶胀性能、粘附性能和电学性能。具体的说，本专利技术的强韧抗溶胀导电水凝胶材料由于是聚电解质水凝胶网络与壳聚糖网络互穿形成的双网络体系，同时由于掺杂在其中的碳纳米管能够与双网络产生良好的氢键作用，故而使得水凝胶产品具有较好的力学性能。并且壳聚糖提升了溶液在形成水凝胶之前的粘稠度，从而减缓了碳纳米管的沉降，使得体系均匀成胶，同时有效的保证了碳纳米管的均匀分布，故而保证了制备得到的水凝胶材料具有优异的力学性能稳定性和电阻-应变效应(包括电学性能)的稳定性。
25、同时，引入了适量能在聚合后在水中产生过溶胀行为从而体积皱缩的甲基丙烯酸二甲氨乙酯，故而提升了水凝胶材料的抗溶胀性能；引入了适量的能与伯胺基团本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种强韧抗溶胀导电水凝胶材料，其特征在于，所述水凝胶材料为聚电解质水凝胶网络和壳聚糖网络互穿形成的复合水凝胶网络结构且其中掺杂有碳纳米管，所述碳纳米管与所述复合水凝胶网络结构存在氢键作用；其中，所述聚电解质水凝胶网络由丙烯酸、N-羟基琥珀酰亚胺丙烯酸酯和甲基丙烯酸二甲氨乙酯聚合得到。
2.一种如权利要求1所述的强韧抗溶胀导电水凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的强韧抗溶胀导电水凝胶材料的制备方法，其特征在于，在获得所述透明溶液的步骤中，所述壳聚糖、丙烯酸、N-羟基琥珀酰亚胺丙烯酸酯、甲基丙烯酸二甲氨乙酯、水的质量比为(0.1～0.6)：3：0.1：0.5：6.4。
4.如权利要求2所述的强韧抗溶胀导电水凝胶材料的制备方法，其特征在于，在获得所述透明溶液的步骤中，所述交联剂为N，N'-亚甲基双(丙烯酰胺)，所述热引发剂为2，2'-偶氮二(2-甲基丙脒)二盐酸盐。
5.如权利要求2所述的强韧抗溶胀导电水凝胶材料的制备方法，其特征在于，在获得所述反应液的步骤中，所述碳纳米管与水的质量比为(1～10)：
6.如权利要求2所述的强韧抗溶胀导电水凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管的长度为10～50μm且外径为8～15nm。
7.如权利要求2所述的强韧抗溶胀导电水凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为50℃～65℃，时间为3～10h。
8.如权利要求2所述的强韧抗溶胀导电水凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述透析在去离子水中进行，所述去离子水和丙烯酸的质量比为(200～1000)：3；
9.如权利要求1所述的强韧抗溶胀导电水凝胶材料或采用权利要求2～8任一项所述的制备方法制得的强韧抗溶胀导电水凝胶材料在制备柔性传感器中的应用；
10.一种可穿戴式传感设备，其包括传感器，其特征在于，所述传感器采用如权利要求1所述的强韧抗溶胀导电水凝胶材料或采用权利要求2～8任一项所述的制备方法制得的强韧抗溶胀导电水凝胶材料制备得到。
...【技术特征摘要】
1.一种强韧抗溶胀导电水凝胶材料，其特征在于，所述水凝胶材料为聚电解质水凝胶网络和壳聚糖网络互穿形成的复合水凝胶网络结构且其中掺杂有碳纳米管，所述碳纳米管与所述复合水凝胶网络结构存在氢键作用；其中，所述聚电解质水凝胶网络由丙烯酸、n-羟基琥珀酰亚胺丙烯酸酯和甲基丙烯酸二甲氨乙酯聚合得到。
2.一种如权利要求1所述的强韧抗溶胀导电水凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的强韧抗溶胀导电水凝胶材料的制备方法，其特征在于，在获得所述透明溶液的步骤中，所述壳聚糖、丙烯酸、n-羟基琥珀酰亚胺丙烯酸酯、甲基丙烯酸二甲氨乙酯、水的质量比为(0.1～0.6)：3：0.1：0.5：6.4。
4.如权利要求2所述的强韧抗溶胀导电水凝胶材料的制备方法，其特征在于，在获得所述透明溶液的步骤中，所述交联剂为n，n'-亚甲基双(丙烯酰胺)，所述热引发剂为2，2'-偶氮二(2-甲基丙脒)二盐酸盐。
5.如权利要求2所述的强韧抗溶胀导电水凝胶...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。