[发明专利]一种自修复柔性水凝胶电敏材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种自修复柔性水凝胶电敏材料及其制备方法和应用，属于电敏材料领域。本发明使用单体与2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸(AMPS)共聚形成水凝胶基本网络，再利用聚乙烯醇、天然化合物为第二网络填充物，同时，由金属离子和天然化合物配位交联形成第三网络，得到具有三重互穿型水凝胶网络的材料。本发明提供的自修复柔性水凝胶电敏材料内部孔道均匀有序，机械性能稳定，能够根据电场强度的变化而发生形变，且断裂后在空气条件下及在盐水条件下都能进行快速修复。

技术领域

本发明涉及电敏材料的技术领域，特别涉及一种自修复柔性水凝胶电敏材料及其制备方法和应用。

背景技术

柔性电敏元件是最近兴起的较为新型的轻质材料，因其可根据电场强度变化迅速发生形变受到开发人员的广泛关注。柔性材料经历了从有机高分子复合导电材料到具有智能响应性材料的快速发展，逐渐开发出其潜在的快速自修复性能、良好的导电性能、高韧性及弹性、快速响应性等良好性能。目前所报道的电敏元件，多以导电层和柔性层复合成两向异性柔性元件，这种方法虽然赋予柔性元件以电场敏感特性，但同时也增加了其厚度，从而使其响应能力降低。

目前所报道的电敏元件多以电导致热材料为热转化插层，负载以具有热响应性质的水凝胶材料，从而达到通电后热致变形的效果。然而这些材料均需要通过电导作用引起热量的变化，再由热量变化进一步引起凝胶结构的收缩或扩增，这便大大降低了电敏元件的响应速度。此外，由双层结构引起的两向异性一旦被破坏，元件的电敏性便会消失，这大大限制了电敏元件的应用领域。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种自修复柔性水凝胶电敏材料及其制备方法和应用。本发明提供的自修复柔性水凝胶电敏材料能够根据电场强度的变化而发生形变，响应速度快，且可在空气和盐水条件下进行快速修复。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种自修复柔性水凝胶电敏材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚乙烯醇、天然化合物、金属交联剂和水混合，得到水凝胶前驱体溶液；

(2)将所述水凝胶前驱体溶液和阴离子表面活性剂、单体、交联剂和引发剂混合，将混合物依次进行氮气鼓泡处理和冷冻-解冻循环处理，得到自修复柔性水凝胶电敏材料；

所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺；

所述阴离子表面活性剂为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸。

优选的，所述天然化合物为海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、琼脂和壳聚糖中的一种或几种；

所述金属交联剂为金属氯化物。

优选的，所述金属氯化物为氯化铁、氯化铝、氯化锌、氯化钙和氯化铜中的一种或几种。

优选的，所述聚乙烯醇、天然化合物、金属交联剂和水的用量比为1.0～1.5g：0.1～0.5g：0.3～0.5g：10mL。

优选的，所述单体为丙烯酸、丙烯酰胺或N-羟甲基丙烯酰胺；

所述引发剂为过硫化钾和/或过氧化苯甲酰。

优选的，所述阴离子表面活性剂和单体的质量比为1～4:1；

所述阴离子表面活性剂和单体的总质量与水凝胶前驱体溶液的体积比为1.5～3g:10mL；

所述引发剂的质量为阴离子表面活性剂和单体总质量的2～5％；

所述交联剂的质量为阴离子表面活性剂和单体总质量的0.5～0.9％。

优选的，所述步骤(2)中冷冻-解冻循环处理的冷冻温度为-10～-18℃；

所述冷冻-解冻循环处理的次数为3～5次，单次冷冻的时间为24～48h。