【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于柔性电子器件，具体涉及一种全天候抗疲劳导电水凝胶及其制备方法和应用。
技术介绍
1、水凝胶的模量范围高度可调，涵盖了人体各类软组织(皮肤、大脑、肌肉和软骨等)的模量范围，在人体运动监测、医疗保健、软体机器人等领域获得了广泛关注。传统水凝胶力学性能较差，严重限制了水凝胶基电子器件在需要长期承受循环载荷领域中的应用。
2、目前常用提高凝胶机械强度的有效方法有引入能量耗散机制，比如构建独特的双网络结构，但往往由于网络之间的不均匀性，增加刚度的同时会使韧性变差。此外通常在弹性聚合物中嵌入各种纳米填料如碳纳米管、石墨烯和金属纳米颗粒等，可在增强力学性能的同时提升导电性能，但杨氏模量较高，极易受到不可逆损伤，导致应用不稳定。
3、通过合理的结构设计，比如冰模板法或机械训练可提升取向结构方向的力学性能。如cn115746490a通过冰模板法设计了一种具有各向异性的高导电水凝胶，可应用于柔性传感器的设计制备；cn115010959a以柠檬酸根作为交联剂，促进聚合物分子链的侧向聚集提升力学性能，氨基改性mxene和大量游离离子的存在使水凝胶具有良好的导电和传感性能。但是以上凝胶在多次循环载荷下和极端环境中，其性能稳定性较低。因此，本领域亟需一种新型抗疲劳导电水凝胶，在满足导电性能的同时提升力学性能和环境耐受性能，从而扩大其性能稳定性和应用范围，为柔性电子的发展提供关键性材料。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种全天候抗疲劳导电水凝胶及其制备方法和应用
2、本专利技术提供了一种全天候抗疲劳导电水凝胶，它是由凝胶基体溶液、导电填料为原料，经定向冷冻后得到混合物，再浸入具有霍夫梅斯特效应的盐及抗冻剂的混合溶液中制备而成，其中，原料中凝胶基体溶液的质量浓度为2.5wt％-40wt％，导电填料的浓度为0.2mg/ml-6.0mg/ml；所述具有霍夫梅斯特效应的盐的摩尔浓度为0.005m-20m；
3、其中，所述凝胶基体溶液选自壳聚糖溶液、季铵盐壳聚糖溶液、羧甲基壳聚糖溶液、透明质酸溶液、海藻酸溶液、海藻酸钠溶液、明胶溶液、纤维素溶液、羧甲基纤维素钠溶液、胶原溶液、聚氧乙烯溶液、聚乙烯醇溶液、聚乙二醇溶液、聚丙烯酰胺溶液、聚丙烯酸溶液、聚丙烯酸钠溶液、聚丙烯酸甲酯溶液、聚甲基丙烯酸溶液、聚甲基丙烯酸乙酯溶液、聚甲基丙烯酸羟乙酯溶液、聚丙烯酰胺-丙烯酸共聚物溶液、琼脂溶液、胶原溶液、环糊精溶液中的任意一种或两种以上；
4、所述导电填料选自金纳米线、银纳米线、铜纳米线、碳纳米管、碳纤维、导电炭黑、石墨、mxene(nb4c3tx、ti3cntx、ti2ctx、ti3c2tx、v2tx、mo2ti2c3tx)、石墨烯、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、氧化铜、氧化铝、氧化锌、四氧化三铁、二氧化钌、一氧化钛中的任意一种或两种以上；
5、所述具有霍夫梅斯特效应的盐为硫酸镁、氯化镁、碳酸钠、碳酸氢钠、氯化钠、磷酸二氢钠、磷酸钠、醋酸钠、硝酸钠、柠檬酸钠、硫酸氢钠、硫酸钠、硫代硫酸钠、碘化钠、碳酸铯、硫酸铯、硝酸铯、硫酸锂、氯化锂、氯化钾、碳酸钾、硫酸钾、硫酸铵、氯化钙中的任意一种或两种以上；
6、所述抗冻剂选自甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、丙酮缩甘油、丙三醇、异丙醇、丁二醇、二甘醇、山梨醇、乙二醇丁醚、乙二醇叔丁醚、丙二醇丁醚中的任意一种或两种以上。
7、其中，所述凝胶基体溶液为壳聚糖溶液、季铵盐壳聚糖溶液、海藻酸钠溶液、明胶溶液、纤维素溶液、聚氧乙烯溶液、聚乙烯醇溶液、聚乙二醇溶液、聚丙烯酰胺溶液、聚丙烯酸钠溶液、聚甲基丙烯酸溶液、聚丙烯酰胺-丙烯酸共聚物溶液中的任意一种或两种以上；
8、所述导电填料为银纳米线、碳纳米管、炭黑、石墨、mxene(ti3cntx、ti2ctx、ti3c2tx、v2tx)、石墨烯、聚苯胺和聚吡咯中的任意一种或两种以上；
9、所述具有霍夫梅斯特效应的盐为硫酸镁、氯化镁、碳酸钠、碳酸氢钠、氯化钠、磷酸二氢钠、磷酸钠、柠檬酸钠、硫酸氢钠、硫酸钠、硫代硫酸钠、碳酸铯、氯化锂、氯化钾、碳酸钾、硫酸钾、硫酸铵的任意一种或两种以上；
10、所述抗冻剂为乙醇、乙二醇、丙二醇、丙酮缩甘油、丙三醇、山梨醇、二甘醇、丙二醇丁醚中的任意一种或两种以上。
11、其中，所述凝胶基体的质量浓度为5wt％-30wt％；所述导电填料的浓度为0.5mg/ml-3mg/ml；所述具有霍夫梅斯特效应的盐的摩尔浓度为0.05m-10m。
12、进一步优选地，
13、所述的凝胶基体的质量浓度为5wt％-20wt％；所述具有霍夫梅斯特效应的盐的摩尔浓度为0.05m-5m。
14、更进一步优选地，
15、所述的凝胶基体为纤维素；导电填料为：银纳米线2mg/ml，所述具有霍夫梅斯特效应的盐为3m nacl，抗冻剂为乙二醇；
16、所述的凝胶基体为纤维素；导电填料为：一氧化钛2mg/ml，所述具有霍夫梅斯特效应的盐为4m na2co3，抗冻剂为乙二醇；
17、所述的凝胶基体为壳聚糖；导电填料为：一氧化钛2mg/ml，所述具有霍夫梅斯特效应的盐为3m na2s2o3，抗冻剂为二甘醇；
18、所述的凝胶基体为明胶；导电填料为：石墨烯1mg/ml，所述具有霍夫梅斯特效应的盐为3m(nh4)2so4，抗冻剂为丙三醇；
19、所述的凝胶基体为聚氧乙烯；导电填料为：ti2ctx 1mg/ml，所述具有霍夫梅斯特效应的盐为2m na2so4，抗冻剂为乙二醇丁醚。
20、本专利技术还提供了一种全天候抗疲劳导电水凝胶的制备方法，其特征在于：它包括如下步骤：
21、a、将凝胶基体溶液与导电填料混合均匀过后，注入ptfe模具中，在液氮下进行定向冷冻后得到混合物；
22、b、将步骤a的混合物浸入具有霍夫梅斯特效应的盐及抗冻剂的混合溶液中，浸泡，即得到全天候抗疲劳导电水凝胶。
23、其中，抗冻剂混合溶液是由如下重量百分比的组分组成：抗冻剂10wt％-80wt％，去离子水溶剂90wt％-20wt％；优选地，抗冻剂30wt％-70wt％，去离子水溶剂70wt％-30wt％；更优选地，抗冻剂30wt％-65wt％，去离子水溶剂70wt％-35wt％。
24、其中，所述浸泡温度为-20℃-25℃，浸泡时间为2h-168h；优选地，所述浸泡温度为-20℃-20℃，浸泡时间为12h-144h；更优选地，所述浸泡温度为-20℃-10℃，浸泡时间为24h-96h。
25、其中，所述具有霍夫梅斯特效应的盐和抗冻剂的混合溶液在-20℃-10℃预冷0.5h-5h。
26、本专利技术还提供了所述的水凝胶在传感器、摩擦纳米发电机、人工韧带领域中的应用。
27、本专利技术提供了一种全天候抗疲劳导电水凝胶及其制备方法。利用冰模板法结合盐析协同溶剂置换的策略，成功制备了全天候抗疲劳导电水凝胶，具有本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种全天候抗疲劳导电水凝胶，其特征在于：它是由凝胶基体溶液、导电填料为原料，经定向冷冻后得到混合物，再浸入具有霍夫梅斯特效应的盐及抗冻剂的混合溶液中制备而成，其中，原料中凝胶基体溶液的质量浓度为2.5wt％-40wt％，导电填料的浓度为0.2mg/mL-6.0mg/mL；所述具有霍夫梅斯特效应的盐的摩尔浓度为0.005M-20M；
2.根据权利要求1所述的全天候抗疲劳导电水凝胶，其特征在于：
3.根据权利要求1或2所述的全天候抗疲劳导电水凝胶，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的全天候抗疲劳导电水凝胶，其特征在于：
5.根据权利要求1-4任意一项所述的全天候抗疲劳导电水凝胶，其特征在于：
6.权利要求1-5任意一项所述的一种全天候抗疲劳导电水凝胶的制备方法，其特征在于：它包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的全天候抗疲劳导电水凝胶的制备方法，其特征在于：抗冻剂混合溶液是由如下重量百分比的组分组成：抗冻剂10wt％-80wt％，去离子水溶剂90wt％-20wt％；优选地，抗冻剂30wt％-70wt％，去
8.根据权利要求6或7所述的全天候抗疲劳导电水凝胶的制备方法，其特征在于：所述浸泡温度为-20℃-25℃，浸泡时间为2h-168h；优选地，所述浸泡温度为-20℃-20℃，浸泡时间为12h-144h；更优选地，所述浸泡温度为-20℃-10℃，浸泡时间为24h-96h。
9.根据权利要求6或7所述的全天候抗疲劳导电水凝胶的制备方法，其特征在于：所述具有霍夫梅斯特效应的盐和抗冻剂的混合溶液在-20℃-10℃预冷0.5h-5h。
10.权利要求1-5任意一项所述的水凝胶在传感器、摩擦纳米发电机、人工韧带领域中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种全天候抗疲劳导电水凝胶，其特征在于：它是由凝胶基体溶液、导电填料为原料，经定向冷冻后得到混合物，再浸入具有霍夫梅斯特效应的盐及抗冻剂的混合溶液中制备而成，其中，原料中凝胶基体溶液的质量浓度为2.5wt％-40wt％，导电填料的浓度为0.2mg/ml-6.0mg/ml；所述具有霍夫梅斯特效应的盐的摩尔浓度为0.005m-20m；
2.根据权利要求1所述的全天候抗疲劳导电水凝胶，其特征在于：
3.根据权利要求1或2所述的全天候抗疲劳导电水凝胶，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的全天候抗疲劳导电水凝胶，其特征在于：
5.根据权利要求1-4任意一项所述的全天候抗疲劳导电水凝胶，其特征在于：
6.权利要求1-5任意一项所述的一种全天候抗疲劳导电水凝胶的制备方法，其特征在于：它包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的全天候抗疲劳导电水凝胶的制备方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏葛鸿，周娅萍，彭俊杰，饶含兵，
申请(专利权)人：四川农业大学，
类型：发明
国别省市：
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