[发明专利]CS/Al3+

说明书

本发明公开了一种CS/Al³⁺‑PAM双网络离子水凝胶及其制备方法和应用，所述水凝胶是在高温条件下将壳聚糖生物大分子溶解到铝离子的水溶液中，并在高温下搅拌得到具有动态CS‑Al³⁺物理网络结构的均相溶液；然后将丙烯酰胺，N,N‑亚甲基双丙烯酰胺和光引发剂在加热搅拌条件下充分地溶解在所述均相溶液中；最后将所得混合溶液注入透明模具中，在紫外灯下发生自由基聚合制得。本发明的双网络离子水凝胶具有高拉伸，高自修复，高应变敏感性，且利用该水凝胶制备的应变传感器可在1％‑1500％的应变范围内稳定反映电信号变化，可用于监测人体的肢体运动，由此可见，本发明的双网络水凝胶是一种很有发展前景的智能应变传感材料。

技术领域

本发明涉及新型智能应变传感材料技术领域，具体涉及一种CS/Al³⁺-PAM双网络离子水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

在过去十年中，柔性电子传感器因其在可穿戴设备和软机器人工程中的广阔应用前景而受到各国科学家的广泛关注。水凝胶作为一种很有前途的功能材料在智能监控领域更是受到了极大的重视。但是软机器人技术和可穿戴电子设备在操作时需要更高的数量级应变，因此制造高拉伸，耐疲劳，高灵敏度的应变传感器在可穿戴电子设备，人机界面和软机器人等方面的应用中至关重要。最近，双网络离子水凝胶因其固有的自恢复，可拉伸和导电性能，在新一代应变传感器的应用中显示出巨大的潜力。为了进一步优化这类水凝胶材料，发展一种超拉伸，抗疲劳，高应变敏感性且在连续的机械变形过程中稳定检测电信号的透明新材料意义重大。

基于上述理由，提出本申请。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题或缺陷，本发明的目的在于提供一种CS/Al³⁺-PAM双网络离子水凝胶及其制备方法和应用。基于双网络离子水凝胶固有抗疲劳，可拉伸和导电性能，本发明提出了一种高拉伸，高自修复，高应变敏感性且在连续的机械变形过程中检测稳定电信号的透明双网络离子水凝胶。

为了实现本发明的上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种CS/Al³⁺-PAM双网络离子水凝胶的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：

(1)将壳聚糖(CS)加入到铝盐水溶液中，高温条件下搅拌溶解，得到具有动态 CS-Al³⁺物理网络结构的均相溶液；

(2)依次将丙烯酰胺(AM)、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)和光引发剂加入到步骤(1)所述均相溶液中，继续搅拌直至反应物全部溶解，得到混合溶液；

(3)将步骤2所述混合溶液注入透明模具中，然后在紫外灯下光照1-8h，获得所述的CS/Al³⁺-PAM双网络离子水凝胶。

进一步地，上述技术方案，步骤(1)所述铝盐为硫酸铝(Al₂(SO₄)₃)、氯化铝(AlCl₃)等中的任一种。

进一步地，上述技术方案，步骤(1)所述搅拌溶解的温度为60-90℃。

进一步地，上述技术方案，步骤(1)所述加热搅拌的时间为60-120min。

进一步地，上述技术方案，步骤(1)所述铝盐水溶液中Al³⁺的浓度为0.001-0.300mol/L。

进一步地，上述技术方案，步骤(1)所述壳聚糖与铝盐水溶液的用量比优选为(0.1-1) 质量份：(10-50)体积份，其中：所述质量份和体积份之间是以g：mL为基准。

进一步地，上述技术方案，步骤(2)所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺与丙烯酰胺的摩尔比为(0.005-0.06)：100。