【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及功能高分子领域，尤其是涉及一种壳聚糖-mxene自驱动水凝胶马达、制备方法及其应用。
技术介绍
1、受自然界昆虫水上运动的启发，人们充分利用液体环境中低阻力、低磨损和良好生物相容性的特点，研究自驱动马达，实现多尺度、多功能的水面机器人。不同推进机理的自驱动马达已经在药物运输、去油和水处理等方面有了许多应用的探索。
2、然而，使其真正应用于水上动力马达等实际环境时，这些自驱动马达仍然面临着一些不可避免的缺点。现有的自驱动马达的制造通常采用电化学沉积，粒子数喷射法，这些方法制造复杂，不易控制马达的形状。其次由于现有的自驱动马达基于气泡驱动、加载“燃料”实现驱动，因此较难实现可重复性。第三，自驱动马达在环境友好型应用中受到越来越多关注，因此需要自驱动马达具有可降解性能，不会对环境造成污染。
3、针对上述问题，壳聚糖是一种天然的多糖材料，具有良好的生物相容性、可降解性和多功能基团反应活性等优良特性。然而，壳聚糖基水凝胶的快速降解使得其在实际应用中使用寿命过短，存在一定局限，因此，适当提到其水稳定性能显得尤为重要。因此，如何高效制备具有优良的自驱动性能、可重复性能和可控降解是自驱动水凝胶马达中亟待解决的难题。
4、专利技术专利cn105693923a公开了一种软凝胶自驱动微型马达及其制备方法。具体为：利用原位聚合法将形成软凝胶材料的单体、交联剂、引发剂以及催化剂分散在水溶液中，将混合均匀的水溶液在模具中成型成为马达所需形状，经高真空硅脂保护处理之后，采用注射方法，将高锰酸钾催化剂溶液负载在
5、专利技术专利cn105693923a的不足之处在于：1.这种催化型马达只能在过氧化氢溶液环境中驱动，这限制了水凝胶马达在实际水域场景下的应用。2.这种马达需要额外负载高锰酸钾，具有一定的毒性，对人体和环境都会带来一定的危害。3.这种马达的自驱动速度仅为3.84mm/s，无法适用于水上动力马达的应用。
6、专利技术专利cn106893031a公开了一种红外激光驱动的石墨烯基水凝胶马达及其制备方法。具体为：利用原位聚合及水凝胶的凝胶化过程，完成氧化石墨烯的封装；利用水包油乳液模板法，将低沸点的液体燃料环戊烷存储在马达的凝胶基体内；再采用浇注法在模具中成型。该专利技术的水凝胶马达在红外光作用下，凝胶基体内的氧化石墨烯吸收红外光，并将光能转换为热能，使低沸点的液体燃料受热，发生了由液态到气态的相转变，产生了大量气泡并喷射出来，从而驱动马达运动；其中，用功率为1.6w，波长808nm的红外激光驱动微型马达，运动速度为1.34±0.17mm/s。该专利将乳液置于试管中，浇筑成型。
7、专利技术专利cn106893031a的不足之处在于：1.这种气泡反冲型马达，需要在红外光照射下，使燃料经过液态到气态的相转变，反应较慢。2.这种马达的自驱动速度仅为1.34±0.17mm/s，不适用于水上动力马达。
8、授权专利cn106987012b公开了一种气泡驱动的janus微球-水凝胶二级马达及其制备方法，所述马达为自携燃料式二级马达，fe3+交联的物理水凝胶马达为第一级马达，聚苯乙烯微球单面负载pt形成janus微马达为第二级马达；该马达在h2o2溶液环境中完成驱动。该二级马达可过氧化氢溶液中实现自驱动，速度达到20mm/s，运动时间高达8min。
9、授权专利cn106987012b中的的不足之处在于：气泡驱动的janus微球-水凝胶二级马达只可在过氧化氢溶液中因产生气泡而运动，限制了其在实际生活中的应用。
10、授权专利cn109082126b公开了一种葡萄糖响应驱动的水凝胶多级马达及其制备方法。该水凝胶多级马达的制备分成两部分，采用硅胶制作模具，在制备驱动层时模具孔中间加入可移动的硅胶小模具块，驱动层制备完成后，取出可移动的硅胶小模具块，然后在间隔区域内部滴加不同配比的明胶/琼脂混合溶液，最后使其凝胶化，形成了具有葡萄糖响应、能够快速驱动、智能的水凝胶多级马达。形成水凝胶多级马达后，马达在驱动溶液中实现自驱动，驱动平均速度最高可达到16.2±1.3mm/s，分解层通过温度控制或者红外照射可逐级溶解，小马达逐级释放并自由推进。
11、授权专利cn109082126b中的的不足之处在于：需要在红外光照射/升高温度的条件下，使凝胶层溶解，才可实现驱动。
12、授权专利cn108607518b公开了一种二氧化锰/氧化石墨烯基自驱动微马达制备方法。本技术方案首先配制一定浓度的含有十二烷基硫酸钠、纳米二氧化锰、氧化石墨烯和壳聚糖的分散液作为内相流体，将含有表面活性剂的有机溶剂作为外相流体，控制一定流速使内相和外相流体通过搭建的微流控装置，在收集管道中形成单分散水/油乳液，然后由置于液氮中的收集液收集并冷冻成冰球，过滤上述产生的冰球，冷冻干燥即可得到自驱动微马达。所制备的自驱动微马达平均运动速度为161.6μm/s。
13、授权专利cn108607518b中的的不足之处在于：所述马达需要额外负载高锰酸钾，具有一定的毒性，对人体和环境都会带来一定的危害。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有优异的自驱动性能、可重复性、天然可降解对环境无危害的壳聚糖-mxene自驱动水凝胶马达、制备方法及其应用。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术之一，提供一种壳聚糖-mxene自驱动水凝胶马达。
4、所述水凝胶以壳聚糖为基底，并在壳聚糖基底上构建席夫碱键；所述席夫碱键水解释放香草醛，诱发马兰戈尼效应，形成表面张力梯度作为马达的驱动力来源。
5、本专利技术之二，提供了所述壳聚糖-mxene自驱动水凝胶马达的制备方法。
6、包括以下步骤：
7、s1：将壳聚糖加入冰醋酸溶液中超声溶解，得到壳聚糖冰醋酸溶液；
8、s2：将mxene加入到步骤s1所述壳聚糖溶液中，超声混合均匀，得到壳聚糖-mxene混合溶液；
9、s3：将香草醛加入到乙醇中，超声溶解得到香草醛乙醇溶液；
10、s4：将步骤s3所述香草醛乙醇溶液添加到步骤s2所述壳聚糖-mxene混合溶液中混合均匀，得到混合预凝胶溶液；
11、s5：将步骤s4所述混合预凝胶溶液置于pmma模具中静置一段时间，交联成型，得到所述壳聚糖-mxene自驱动水凝胶马达。
12、进一步地，步骤s1所述壳聚糖的脱乙酰度≥95％，壳聚糖的粘度为100-200mpa·s。
13、进一步地，步骤s1所述冰醋酸溶液的体积百分比浓度为0.4％-1.2％，壳聚糖占冰醋酸溶液中总质量的1wt％-10wt％。
14、进一步地，步骤s2所述壳聚糖本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种壳聚糖-MXene自驱动水凝胶马达，其特征在于，所述水凝胶以壳聚糖为基底，所述壳聚糖通过席夫碱键连接香草醛；在水中时香草醛水解释放，诱发马兰戈尼效应，形成表面张力梯度作为马达的驱动力来源。
2.一种如权利要求1所述壳聚糖-MXene自驱动水凝胶马达的制备方法，其特征在于，由以下原料组成：
3.根据权利要求2所述的一种壳聚糖-MXene自驱动水凝胶马达的制备方法，其特征在于，步骤S1所述壳聚糖的脱乙酰度≥95％，壳聚糖的粘度为100-200mpa·s。
4.根据权利要求2所述的一种壳聚糖-MXene自驱动水凝胶马达的制备方法，其特征在于，步骤S1所述冰醋酸溶液的体积百分比浓度为0.4％-1.2％，壳聚糖占冰醋酸溶液中总质量的1wt％-10wt％。
5.根据权利要求2所述的一种壳聚糖-MXene自驱动水凝胶马达的制备方法，其特征在于，步骤S2所述壳聚糖-MXene混合溶液，MXene占壳聚糖-MXene混合溶液中总质量的0.1wt％-1wt％。
6.根据权利要求2所述的一种壳聚糖-MXene自驱动水凝胶马达的制备方法
7.根据权利要求2所述的一种壳聚糖-MXene自驱动水凝胶马达的制备方法，其特征在于，步骤S4所述混合预凝胶溶液，壳聚糖-MXene混合溶液占预凝胶溶液总质量的60％～80wt％，香草醛乙醇溶液占预凝胶溶液总质量的20％-40wt％。
8.根据权利要求2所述的一种壳聚糖-MXene自驱动水凝胶马达的制备方法，其特征在于，步骤S5所述静置的时间为12-48h。
9.根据权利要求2所述的一种壳聚糖-MXene自驱动水凝胶马达的制备方法，其特征在于，步骤S5所述模具为PMMA模具。
10.一种如权利要求1所述的壳聚糖-MXene自驱动水凝胶马达的应用，其特征在于，应用于水上动力马达；将所述壳聚糖-MXene自驱动水凝胶马达粘附在塑料船或泡沫船的不同位置，通过引入材料的不对称性，调整香草醛释放相对于船质心的空间位置，控制船体实现直线、左右转向运动。
...【技术特征摘要】
1.一种壳聚糖-mxene自驱动水凝胶马达，其特征在于，所述水凝胶以壳聚糖为基底，所述壳聚糖通过席夫碱键连接香草醛；在水中时香草醛水解释放，诱发马兰戈尼效应，形成表面张力梯度作为马达的驱动力来源。
2.一种如权利要求1所述壳聚糖-mxene自驱动水凝胶马达的制备方法，其特征在于，由以下原料组成：
3.根据权利要求2所述的一种壳聚糖-mxene自驱动水凝胶马达的制备方法，其特征在于，步骤s1所述壳聚糖的脱乙酰度≥95％，壳聚糖的粘度为100-200mpa·s。
4.根据权利要求2所述的一种壳聚糖-mxene自驱动水凝胶马达的制备方法，其特征在于，步骤s1所述冰醋酸溶液的体积百分比浓度为0.4％-1.2％，壳聚糖占冰醋酸溶液中总质量的1wt％-10wt％。
5.根据权利要求2所述的一种壳聚糖-mxene自驱动水凝胶马达的制备方法，其特征在于，步骤s2所述壳聚糖-mxene混合溶液，mxene占壳聚糖-mxene混合溶液中总质量的0.1wt％-1wt％。
6.根据权利要求2...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕嘉炜，张艳，周浃燚，张铭，黄文蔚，韩静萱，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：
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