[发明专利]自愈合导电水凝胶、其制备方法及其应用

说明书

本发明公开了高分子材料技术领域一种自愈合导电水凝胶，通过将聚苯胺和聚乙烯醇两种材料采用一锅法制备得到，一锅法是指在低温条件先合成聚苯胺预聚体，然后升温将聚乙烯醇颗粒进行溶解，再将两者在机械搅拌下混合均匀，最后经过冻融法获得材料，自愈合性能是材料在无外界刺激条件下可发生自修复从而实现材料的愈合，传感方面的应用是指依靠聚苯胺的导电性能以及聚乙烯醇的大孔结构，在受外界刺激发生变形时所引起电信号的变化，捕捉该变化的电信号从而实现运动监测，本发明将聚苯胺和聚乙烯醇两种常规材料应用到自愈合材料领域，实现材料的快速自愈合，并可对人体运动的进行实时监测。

技术领域

本发明涉及一种水凝胶，具体的说是一种自愈合导电水凝胶，属于高分子材料技术领域。

背景技术

21世纪，最大的两个关注点是环境与健康。环境是赖以生存的基础，健康是赖以生存的资本，就健康而言，我们的身体对于疾病的感知都是发病之后才存在的，我们人本身无法对其进行一个准确的评估，但我们可以借助一些外界的监测设备进行评估，从而然我们对自身健康具有一个很好的掌控。就目前而言，最值得推广的是电子皮肤、运动传感器。

而往往电子皮肤、运动传感器在使用过程中容易被磨损，甚至发生一些不可修复的破坏，这致使传感器的使用受到极大的限制，怎样去解决这些不可修复的破坏成为了关键，而自愈合导电水凝胶的出现给予了传感器新的曙光，自愈合水凝胶的自愈合能力可以修复了这些破坏，从而增强了传感器的耐用性。 McKee 等（Adv. Funct. Mater. 2014,24,2706）通过主客体相互作用制备了一种纳米复合水凝胶并具有优异的自愈合性能（自愈合时间小于10 s）。Mohammad Ali Darabi等（Adv. Mater. 2017, 29, 1700533）制备了一种具备良好自愈合性质同时可实现3D打印的导电水凝胶（自愈合时间约60 s）。

聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol）(简称PVA)是一种多羟基聚合物，羟基之间容易形成氢键，其内部可逆氢键的相互作用可以为材料提供自修复的能力，但本身是一种绝缘材料；聚苯胺（Polyaniline）（简称PANI）分子链中的P电子共轭结构，使得材料具备良好的导电性，而且聚苯胺还具有好的光热转换，且反应条件温和的优点，将其掺杂在PVA中，获得一种自愈合导电水凝胶。

发明内容

本发明的目的是提供一种自愈合导电水凝胶、其制备方法及其测试方法，引入了导电高分子聚苯胺，在利用聚乙烯醇水凝胶良好的自愈合性质的同时赋予材料优良的电性能，聚苯胺的掺杂同时也对聚乙烯醇水凝胶的愈合性能得到巨大的提升，本发明愈合效率已然达到60%；同时聚苯胺的掺杂并未改变聚乙烯水凝胶的大孔结构，这为实现运动监测提供了可能，在后续的实验证明确实如此，实现了人体运动的监测。

本发明的目的是这样实现的：一种自愈合导电水凝胶，所述水凝胶由聚苯胺和聚乙烯醇合成，所述聚苯胺是采用常规低温化学氧化法合成的，即冰水浴条件下加入氧化剂过硫酸铵得到聚苯胺预聚体。

一种自愈合导电水凝胶制备方法，包括如下步骤：

步骤1：在低温条件下向容器中加入定量的稀盐酸和苯胺溶液，高速磁力搅拌混合溶液15~20 min；

步骤2：在上述步骤1中的混合溶液中加入氧化剂过硫酸铵，搅拌使其完全溶解，然后反应4~6 h；

步骤3：在上述步骤2中的混合溶液置于室温，待其恢复至室温；

步骤4：在上述步骤3中的混合溶液中加入PVA颗粒，再将其放置于油浴锅中在机械外力的搅拌下，将PVA颗粒完全溶解（20~30 min），最后获得PANI/PVA混合溶液；

步骤5：将制得的混合溶液按照自己所需的形状定型，放入的冰箱中进行冷冻3~4 h，然后置于恒温箱陈化50~60 h，即可得到PANI/PVA自愈合导电水凝胶。