【技术实现步骤摘要】
本专利技术具体涉及一种纳米线增强水凝胶原料组合物、纳米线增强水凝胶及制备方法、应用。
技术介绍
1、受皮肤的离子传导性质和感觉功能的启发，基于离子传导的人工离子皮肤(水凝胶、离子凝胶、离子弹性体等)可实现温度、压力和应变等多种感知功能。其中，水凝胶主要由亲水性的聚合物三维网络结构构成，在水中可迅速溶胀，其具有含水量高、柔韧性好、渗透力强等多重特点。与此同时，水凝胶材料体系独特的网络结构也使其具有较高的离子导电性及优异的生物相容性。然而，皮肤不仅具有离子传导和感觉功能，还需在反复形变中保持原有形状及功能，以恢复其原有机械性能和感知能力。因此，水凝胶体系的人工离子皮肤还需要进一步发展弹性以完善其功能。
2、水凝胶的弹性反映了聚合物网络恢复初始形状的能力。依据聚合物网络回复的可逆性可分为弹性形变以及塑性形变，其中弹性形变指聚合物网络在形变过程中能回复原状的部分，而塑性形变则为不能恢复原状的部分。水凝胶常通过化学交联聚合物链段以固定聚合物网络，使其在形变过程中仅发生相对位置的改变，提高弹性形变。然而化学交联水凝胶韧性差，容易断裂且难以抵抗裂纹的拓展，影响电子皮肤的长期使用。因此发展一项同时具有弹性及高韧性的水凝胶显得尤为重要。
技术实现思路
1、本专利技术所解决的技术问题在于克服现有技术中存在的水凝胶体系的人工离子皮肤弹性及韧性较差的缺陷，提供一种纳米线增强水凝胶原料组合物、纳米线增强水凝胶及制备方法、应用。本专利技术制备的纳米线增强水凝胶具有高拉伸性、高韧性及良好弹性。>
2、本专利技术以丙烯酰胺、水溶性高分子聚合物、引发剂和具有还原性低价过渡金属离子交换过的钾基或钠基含氧酸盐纳米线来制备具有双重网络结构的钛酸钠纳米线增强水凝胶，其中，丙烯酰胺在具有还原性低价过渡金属离子存在的地方沿离子交换纳米线向外聚合形成的聚丙烯酰胺作为第一重氢键网络(在反应过程中，低价过渡金属离子被氧化为高价态)，水溶性高分子聚合物为第二重网络。水溶性高分子聚合物分别与离子交换纳米线及聚丙烯酰胺形成配位键和氢键网络，锚定在纳米线周围形成以纳米线为交联点的聚合物网络。由离子交换纳米线为锚定点组成的双重网络仿生了鱼类身体中的肌间刺结构，使得外围聚合物链在反复形变中始终仅发生相对位置的改变，保持弹性形变。
3、本专利技术通过以下技术方案解决上述技术问题：
4、本专利技术提供了一种纳米线增强水凝胶原料组合物，其包括以下组分：具有还原性低价过渡金属离子交换过的钾基和/或钠基含氧酸盐纳米线、水溶性高分子化合物、丙烯酰胺和引发剂；
5、其中，所述具有还原性低价过渡金属离子交换过的钾基和/或钠基含氧酸盐纳米线和所述水溶性高分子化合物的质量比为1：(10-300)，所述水溶性高分子化合物和所述丙烯酰胺的质量比为1：(0.5-20)，所述丙烯酰胺和所述引发剂的质量比为1：(0.001-0.1)。
6、本专利技术中，所述具有还原性低价过渡金属离子较佳地为sn2+、cu+、fe2+、mn2+、ti3+、ru3+、nb3+、ta3+和v3+中的一种或多种。
7、本专利技术中，所述具有还原性低价过渡金属离子交换过的钾基和/或钠基含氧酸盐纳米线中，“钾基和/或钠基含氧酸盐纳米线”和具有还原性低价过渡金属离子的摩尔比可为1：(5-100)，较佳地为1：(10-80)。
8、本专利技术中，根据本领域常规，所述钾基和/或钠基含氧酸盐纳米线一般为层状材料。
9、本专利技术中，所述钾基和/或钠基含氧酸盐较佳地为钛酸盐或锰酸盐，例如na2ti3o7、na2ti6o13或na0.44mno2。
10、在一具体实施方案中，所述钾基和/或钠基含氧酸盐纳米线为na2ti3o7纳米线。
11、本专利技术中，所述具有还原性低价过渡金属离子交换过的钾基和/或钠基含氧酸盐纳米线的制备方法较佳地包括下述步骤：将“钾基和/或钠基含氧酸盐纳米线”和具有还原性低价过渡金属盐溶液进行混合以实现离子交换；其中，所述“钾基和/或钠基含氧酸盐纳米线”和所述具有还原性低价过渡金属盐的摩尔比为1：(5-100)。
12、其中，所述“钾基和/或钠基含氧酸盐纳米线”的直径可为0.01-1μm。所述“钾基和/或钠基含氧酸盐纳米线”的长度可为0.1-1000μm。
13、其中，所述“钾基和/或钠基含氧酸盐纳米线”的制备方法可为本领域常规，较佳地包括下述步骤：将含有“二氧化钛或氧化锰”和强碱的混合溶液在170-210℃下进行水热反应18-96h后，再经洗涤、干燥，即可。
14、所述强碱可为氢氧化钠和/或氢氧化钾。所述混合溶液中，所述强碱的浓度可为5-12m，例如10m。所述“二氧化钛或氧化锰”和所述强碱的质量比可为1：(100-140)，例如1:120。所述水热反应的温度可为180-200℃，例如190℃。所述水热反应的时间可为18-30h，例如24h。
15、其中，所述具有还原性低价过渡金属盐较佳地为具有还原性低价过渡金属的盐酸盐、硫酸盐和硝酸盐中的一种或多种，例如为氯化亚锡、硫酸亚锡、硫酸亚铜、氯化亚铜、硫酸亚铁和氯化亚铁中的一种或多种。
16、其中，所述具有还原性低价过渡金属盐溶液的浓度可为(0.05-1)g/ml，较佳地为(0.05-0.5)g/ml，例如0.08g/ml、0.1g/ml、0.12g/ml或0.2g/ml。
17、其中，所述“钾基和/或钠基含氧酸盐纳米线”和所述具有还原性低价过渡金属盐的摩尔比较佳地为1：(10-80)，例如1:15.9、1:21.3、1:27.1或1:71.7。
18、其中，所述混合的方式可为本领域常规，例如搅拌或超声。所述混合的时间可为10min-6h，较佳地为0.5h-2h，例如0.5h、1h、1.5h或2h。
19、其中，根据本领域常规，所述混合结束后，一般还需进行过滤和洗涤，例如抽滤。
20、在所述具有还原性低价过渡金属离子交换过的钾基和/或钠基含氧酸盐纳米线的制备过程中，具有还原性低价过渡金属盐中的金属阳离子与所述“钾基和/或钠基含氧酸盐纳米线”中的阳离子进行离子交换，所述具有还原性低价过渡金属盐溶液的浓度越高、所述混合的时间越长，所述具有还原性低价过渡金属离子交换过的钾基和/或钠基含氧酸盐纳米线中的过渡金属离子的含量越高；所述“钾基或钠基含氧酸盐纳米线”和所述具有还原性低价过渡金属盐的摩尔比影响具有还原性低价过渡金属阳离子在纳米线中的分布比例。
21、本专利技术中，所述水溶性高分子化合物可为含羧基的高分子聚合物，较佳地为海藻酸钠、聚丙烯酸和羧甲基纤维素中的一种或多种。所述水溶性高分子化合物中的羧基与具有还原性低价过渡金属离子交换过的钾基和/或钠基含氧酸盐纳米线中的阳离子形成配位键，有助于分散纳米线并增强水凝胶。
22、本专利技术中，所述引发剂可为水溶性自由基引发剂，较佳地为过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮二异丁基脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二氰基戊酸和偶氮二异丙基咪唑本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种纳米线增强水凝胶原料组合物，其特征在于，其包括以下组分：具有还原性低价过渡金属离子交换过的钾基和/或钠基含氧酸盐纳米线、水溶性高分子化合物、丙烯酰胺和引发剂；
2.根据权利要求1所述的纳米线增强水凝胶原料组合物，其特征在于，所述具有还原性低价过渡金属离子为Sn2+、Cu+、Fe2+、Mn2+、Ti3+、Ru3+、Nb3+、Ta3+和V3+中的一种或多种；
3.根据权利要求1所述的纳米线增强水凝胶原料组合物，其特征在于，所述原料组合物满足以下条件中的一种或多种：
4.根据权利要求1所述的纳米线增强水凝胶原料组合物，其特征在于，所述钾基和/或钠基含氧酸盐为钛酸盐或锰酸盐，例如Na2Ti3O7、Na2Ti6O13或Na0.44MnO2；
5.根据权利要求4所述的纳米线增强水凝胶原料组合物，其特征在于，所述具有还原性低价过渡金属离子交换过的钾基和/或钠基含氧酸盐纳米线的制备方法满足以下条件中的一种或多种：
6.根据权利要求4所述的纳米线增强水凝胶原料组合物，其特征在于，所述“钾基和/或钠基含氧酸盐纳米线”的制备方法包括下
7.根据权利要求1所述的纳米线增强水凝胶原料组合物，其特征在于，所述纳米线增强水凝胶原料组合物还包括溶剂；
8.一种纳米线增强水凝胶，其特征在于，其由权利要求1-7中任一项所述的纳米线增强水凝胶原料组合物混合后制得。
9.一种如权利要求8所述的纳米线增强水凝胶的制备方法，其特征在于，其包括下述步骤：
10.一种如权利要求8所述的纳米线增强水凝胶在电子皮肤、柔性传感器、人工肌肉或者凝胶电解质领域中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种纳米线增强水凝胶原料组合物，其特征在于，其包括以下组分：具有还原性低价过渡金属离子交换过的钾基和/或钠基含氧酸盐纳米线、水溶性高分子化合物、丙烯酰胺和引发剂；
2.根据权利要求1所述的纳米线增强水凝胶原料组合物，其特征在于，所述具有还原性低价过渡金属离子为sn2+、cu+、fe2+、mn2+、ti3+、ru3+、nb3+、ta3+和v3+中的一种或多种；
3.根据权利要求1所述的纳米线增强水凝胶原料组合物，其特征在于，所述原料组合物满足以下条件中的一种或多种：
4.根据权利要求1所述的纳米线增强水凝胶原料组合物，其特征在于，所述钾基和/或钠基含氧酸盐为钛酸盐或锰酸盐，例如na2ti3o7、na2ti6o13或na0.44mno2；
5.根据权利要求4所述的纳米线增强水凝胶原料组合物，其特征在于，所述具有还原性低价过渡金属...
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