【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于导电高分子材料，具体涉及一种可回收可自愈的导电水凝胶及其制备方法。
技术介绍
1、水凝胶是一种具有高度吸水性和保水性能的凝胶材料，可以吸收并锁住大量的水分，形成类似凝胶的状态。水凝胶一般是由高分子聚合物构成，常见的材料包括聚丙烯酰胺、聚乙烯醇等。水凝胶在接触水分时会吸收水分并膨胀，形成类似凝胶的三维网络结构。
2、目前，基于水凝胶的电子器件在各个应用领域得到广泛的研究，如传感器、电容器和摩擦纳米发电机等。且随着人工智能以及虚拟现实技术的发展，集柔韧性、导电性、可拉伸性为一体的水凝胶被应用于越来越多的人机交互场景，同时也对水凝胶的性能提出了更高的要求，如传感灵敏度高、自愈速度快、抗疲劳性、可回收性等。其中，大部分水凝胶存在着失水后不可回收成为废弃物对环境造成危害，或存在回收步骤复杂，只能部分回收的问题，同时多数可自愈的水凝胶往往存在强滞后的缺陷，这些问题导致其应用受到了很大的限制。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种可回收可自愈的导电水凝胶及其制备方法，不仅完全可回收，且具有快速自愈能力以及稳定的导电性。
2、本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种可回收可自愈的水凝胶，其通过下述制备方法获得：在改性的碳量子点的水溶液中加入聚乙烯醇和季铵盐壳聚糖，充分搅拌后加入硼砂水溶液反应，冷却后冻融成胶。进一步，改性的碳量子点：聚乙烯醇：季铵盐壳聚糖：硼砂的质量比为2-6：100：20-60：1-5。
4、在本专利技术的制备
5、在本专利技术的制备方法中，优选地，加入的硼砂水溶液的浓度为0.002-0.01g/ml。
6、在本专利技术的制备方法中，所述的季铵盐壳聚糖选自羧甲基壳聚糖、n-邻苯二甲酰壳聚糖、羟丙基三甲基氯化壳聚糖中的一种，优选采用羟丙基三甲基氯化壳聚糖。
7、从加入聚乙烯醇和季铵盐壳聚糖至加入硼砂水溶液反应的整个过程中，保持温度在90-95℃。
8、在本专利技术的制备方法中，优选地，整个反应过程中搅拌速率为10-1000rpm。
9、在本专利技术的制备方法中，优选地，冻融工艺条件为：-20℃冷冻8-10小时，之后25℃融化3-5小时；更优选地，冻融次数控制为三次。
10、具体的，本专利技术包括以下步骤：
11、1)取改性的碳量子点pc-cqds溶解于去离子水中，搅拌充分溶解；
12、2)取聚乙烯醇pva和季铵盐壳聚糖qcs加入步骤1)的pc-cqds水溶液中，在90-95℃下充分搅拌至溶解，停止搅拌后继续加热，等待气泡上升排净；
13、3)逐滴加入硼砂水溶液并搅拌，时间以30min为宜，停止搅拌后继续加热等待气泡上升排净后停止加热；
14、4)将步骤3)处理后的溶液倒入模板中冷却至25℃，后进行冻融，一般重复冻融三次成胶。
15、本专利技术的制备方法中，优选表面具有丰富的羟基与氨基等官能团的碳量子点。
16、更优选地，所述改性的碳量子点通过下法获得：将柠檬酸和l-谷胱甘肽的混合物在140℃下加热30min，之后将加热温度提高到180℃后加入聚乙烯聚胺，然后在180℃下反应1h后冷却，纯化分离获得所述碳量子点；其中柠檬酸与l-谷胱甘肽的质量比优选为3:1，l-谷胱甘肽与聚乙烯聚胺的质量体积比优选为1:10。
17、本专利技术制备方法中，以生物相容性较好的聚乙烯醇(pva)和季铵盐壳聚糖(q-cs)为聚合物链；经季铵化处理的壳聚糖，其具有更高的溶解度，溶于水中能够形成丰富的带电粒子，提高水凝胶的电导率，季铵盐壳聚糖赋予水凝胶较好的导电性能。引入改性的碳量子点(pc-cqds)，与普通碳点相比，pc-cqds上存在的丰富羟基和氨基使其能够与pva和q-cs链上的羟基形成大量氢键使水凝胶具有自愈性能；即改性的碳点作为增项，提供丰富的氢键赋予水凝胶自愈能力。硼砂作为pva和q-cs链之间的交联剂，形成动态共价键硼酸酯键，增强水凝胶的力学性能。可逆的氢键和硼酸酯键为主导是水凝胶具有优异的可回收性能的基础。
18、在水凝胶的增韧过程中，采用冻融的物理交联法，无毒副产物，工艺简单。水凝胶交联网络的形成由非共价键和动态共价键主导，并非化学共价键，因此失水的水凝胶在适量的去离子水中经90℃加热搅拌，冻融之后分子间相互作用力重新建立，恢复初始的性能。冻融法调控力学性能，赋予了水凝胶可回收性能。
19、本专利技术制备获得的水凝胶可实现完全可回收，失水的水凝胶可以完全作为原料回收，对环境无污染；具有良好的自愈合能力，自愈合3小时应变能达到14kpa；具有良好的力学性能，较低的滞后性，能够实现实时的高灵敏信号传输，适用于复杂的人机交互场景，结合无线传感技术，可用于人体运动检测等应用。
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1.一种可回收可自愈的导电水凝胶的制备方法，其特征在于，在改性的碳量子点的水溶液中加入聚乙烯醇和季铵盐壳聚糖，充分搅拌后加入硼砂水溶液反应，冷却后冻融成胶。
2.如权利要求1所述的可回收可自愈的导电水凝胶的制备方法，其特征在于，改性的碳量子点：聚乙烯醇：季铵盐壳聚糖：硼砂的质量比为：2-6：100：20-60：1-5。
3.如权利要求1所述的可回收可自愈的导电水凝胶的制备方法，其特征在于，所述改性的碳量子点水溶液的浓度控制为2.5-7.5 mg/mL。
4.如权利要求1所述的可回收可自愈的导电水凝胶的制备方法，其特征在于，所述硼砂水溶液的浓度为0.002-0.01g/mL。
5.如权利要求1所述的可回收可自愈的导电水凝胶的制备方法，其特征在于，所述季铵盐壳聚糖为羧甲基壳聚糖、N-邻苯二甲酰壳聚糖、羟丙基三甲基氯化壳聚糖中的一种。
6.如权利要求1所述的可回收可自愈的导电水凝胶的制备方法，其特征在于，从加入聚乙烯醇和季铵盐壳聚糖至加入硼砂水溶液反应的整个过程中，保持温度在90-95℃。
7.如权利要求5所述的可
8.如权利要求1所述的可回收可自愈的导电水凝胶的制备方法，其特征在于，冻融工艺条件为：-20℃冷冻8-10小时，之后25℃融化3-5小时。
9.如权利要求1-8任一所述可回收可自愈的导电水凝胶的制备方法，其特征在于，所述改性的碳量子点通过下法获得：将柠檬酸和l-谷胱甘肽的混合物在140℃下加热30 min，之后将加热温度提高到180℃后加入聚乙烯聚胺，然后在180℃下反应1h后冷却至25-30℃，纯化分离获得所述改性的碳量子点；其中，柠檬酸与l-谷胱甘肽的质量比为3:1，l-谷胱甘肽与聚乙烯聚胺的质量体积比为1:10。
10.权利要求1-9任一制备方法获得的可回收可自愈的导电水凝胶。
...【技术特征摘要】
1.一种可回收可自愈的导电水凝胶的制备方法，其特征在于，在改性的碳量子点的水溶液中加入聚乙烯醇和季铵盐壳聚糖，充分搅拌后加入硼砂水溶液反应，冷却后冻融成胶。
2.如权利要求1所述的可回收可自愈的导电水凝胶的制备方法，其特征在于，改性的碳量子点：聚乙烯醇：季铵盐壳聚糖：硼砂的质量比为：2-6：100：20-60：1-5。
3.如权利要求1所述的可回收可自愈的导电水凝胶的制备方法，其特征在于，所述改性的碳量子点水溶液的浓度控制为2.5-7.5 mg/ml。
4.如权利要求1所述的可回收可自愈的导电水凝胶的制备方法，其特征在于，所述硼砂水溶液的浓度为0.002-0.01g/ml。
5.如权利要求1所述的可回收可自愈的导电水凝胶的制备方法，其特征在于，所述季铵盐壳聚糖为羧甲基壳聚糖、n-邻苯二甲酰壳聚糖、羟丙基三甲基氯化壳聚糖中的一种。
6.如权利要求1所述的可回收可自愈的导电水凝胶的制备方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：翟威，赵彦龙，代坤，赵鑫鑫，赵祎，李健楠，刘春太，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
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