[发明专利]一种导电聚合物网络结构可调节的碱溶壳聚糖-聚丙烯酰胺-聚苯胺导电水凝胶材料

说明书

本发明公开了一种导电聚合物网络结构可调节的碱溶壳聚糖‑聚丙烯酰胺‑聚苯胺复合导电水凝胶材料。其制备方法是：先将壳聚糖粉末在一水合氢氧化锂、尿素和氧化石墨烯的混合水溶液中溶解得到氧化石墨烯/碱溶壳聚糖溶液；再依次加入丙烯酰胺、N,N′‑亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵，原位聚合得到碱溶壳聚糖‑聚丙烯酰胺凝胶；经透析、脱水后，转移到苯胺‑植酸/盐酸溶液中浸泡，滴加过硫酸铵溶液引发苯胺聚合，得到碱溶壳聚糖‑聚丙烯酰胺‑聚苯胺复合导电水凝胶材料。通过改变植酸/盐酸的比例可调节聚苯胺导电聚合物网络结构从而调节水凝胶的电导率和机械性能。该材料凭借其优异的力学性能和导电性能，有望应用于电子皮肤、电子器件等领域。

技术领域

本发明属于导电水凝胶制备领域，具体涉及一种导电聚合物网络结构可调节的碱溶壳聚糖-聚丙烯酰胺-聚苯胺导电水凝胶及其制备方法。

背景技术

具有可拉伸性的高强度导电水凝胶，由于其在柔性电子器件，生物传感器等方面具有巨大的应用潜力，所以受到了大家的广泛关注。聚苯胺具有特殊的电学、光学性质，经掺杂后可具有导电性及电化学性能，并且由于其具有原料易得、合成工艺简单、化学及环境稳定性好等特点，常常被作为导电水凝胶的导电组分。但是聚苯胺刚性的共轭链为其带来优异导电性的同时，也带来了加工、成膜和力学方面的缺陷，对其使用产生了巨大的限制。

为了解决上述问题，纳米复合技术，双网络技术，互传聚合物网络技术，微凝胶增强技术等已经被引入聚苯胺类导电水凝胶材料的制备，但是简单使用上述方法制备的材料改性效果往往不够理想，难以获得机械性能和导电性能兼备的水凝胶材料。

发明内容

本发明的目的是，针对现有导电水凝胶材料难以同时获得较优异的机械性能和导电性能的问题，提供一种导电聚合物网络结构可调节的碱溶壳聚糖-聚丙烯酰胺-聚苯胺复合导电水凝胶材料。

本发明提供以下技术方案实现：

一种导电聚合物网络结构可调节的碱溶壳聚糖-聚丙烯酰胺-聚苯胺复合导电水凝胶材料，该材料是以碱溶壳聚糖、氧化石墨烯、丙烯酰胺、苯胺、植酸等作为主要原料经过两步原位自由基聚合制得的具有纳米复合多重网络结构的导电水凝胶。

其制备方法是将壳聚糖粉末在一水合氢氧化锂、尿素和氧化石墨烯的混合水溶液中溶解得到氧化石墨烯/碱溶壳聚糖溶液；再在上述溶液中依次加入丙烯酰胺、N，N′-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵，第一次原位聚合得到碱溶壳聚糖-聚丙烯酰胺凝胶；经透析、脱水后，将上述凝胶转移到苯胺-植酸/盐酸溶液中浸泡，然后滴加过硫酸铵溶液引发苯胺聚合即第二次原位聚合，得到导电聚合物网络结构可调节的碱溶壳聚糖-聚丙烯酰胺-聚苯胺导电水凝胶材料。

上述技术方案中，进一步的，在制备氧化石墨烯/碱溶壳聚糖溶液时，先按照质量百分比称取各组分：壳聚糖1％-20％、一水合氢氧化锂4-15％、尿素3-10％、氧化石墨烯0.05％-4％，其余为水；所述的壳聚糖分子量为200000-2500000；将上述组分混合溶胀后，经多次冷冻-解冻过程制得氧化石墨烯/碱溶壳聚糖溶液。

进一步的，进行第一次原位聚合时，取制得的氧化石墨烯/碱溶壳聚糖溶液，依次加入丙烯酰胺，N，N′-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵，四者重量比为：10-50：1-10：0.02-1：0.02-1，搅拌均匀，离心脱泡，浇铸于模具中，转移到60-80℃烘箱内反应4小时后取出，透析，脱水，得到碱溶壳聚糖-聚丙烯酰胺凝胶。

进一步的，进行第二次原位聚合时，将制备的碱溶壳聚糖-聚丙烯酰胺凝胶转移至苯胺和植酸/盐酸的混合溶液中浸泡至少2小时，混合溶液中苯胺的质量分数为1-20％，植酸的质量分数为1-10％，其余为1mol/L的盐酸溶液，然后滴加质量分数为1-10％过硫酸铵溶液，在搅拌下聚合1-10小时；透析完全后得到碱溶壳聚糖-聚丙烯酰胺-聚苯胺复合导电水凝胶材料。