[发明专利]一种液态金属/壳聚糖衍生物水凝胶薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及导电水凝胶的制备领域，具体是一种液态金属/壳聚糖衍生物水凝胶薄膜的制备方法。在本发明中，以液态金属为导电填料，并采用海藻酸钠与生物相容性好的作为柔性网络骨架的交联壳聚糖季铵盐进行协同响应构建导电高分子水凝胶，采用热凝胶成型得到液态金属/壳聚糖衍生物水凝胶薄膜。其中采用环氧氯丙烷化学交联，丙三醇物理交联，即采用物理化学交联技术有机结合的方法得到作为水凝胶的柔性网络骨架的交联壳聚糖季铵盐。本发明制备工艺简便，成本低廉，制得水凝胶薄膜还具有自愈合与应变传感性能，也为抗菌、自粘附、可拉伸、高灵敏的应变传感导电水凝胶的构建提供了新思路。

技术领域

本发明涉及导电水凝胶的制备领域，具体是一种液态金属/壳聚糖衍生物水凝胶薄膜的制备方法，该水凝胶薄膜具有自愈合和应变传感性能。

背景技术

水凝胶是一类具有亲水性的三维网状交联结构的高分子材料，自然界本身就存在着水凝胶，现阶段人们也可以通过化学方法合成水凝胶。水凝胶因其具备优异的吸水性、良好的力学强度和自愈合性，成为了很多领域的研究热点。交联壳聚糖季铵盐正是这样一种新型高分子材料，它由壳聚糖交联制备而成，一般采用化学交联法制备，与一般合成材料相比，具有低毒性、易降解性、良好的生物相容性和抗菌性等特点，被誉为低成本的环境友好型材料，在医药、化工等众多领域中有着广阔的应用前景。

液态金属是一种不定型可流动的金属，可看作由正离子流体和自由电子气组合的混合物。镓基液态金属合金如共晶镓铟和镓铟锡低共熔合金是主要的室温液态金属合金，它们具有低熔点、高导电性、高导热、低粘度、可忽略的低毒性等优异性质，暴露于空气中能自发形成保护性氧化膜，该层氧化物薄膜不仅使液态金属具有成型性，又能使其对非金属材料具有良好的润湿性。而且液态金属在可拉伸电极、柔性机器人、人工肌肉以及可穿戴智能电子设备等新领域中具有非常可观的应用前景。

作为一种新型的功能材料，导电水凝胶已经引起了广泛的关注。虽然导电水凝胶已广泛应用于软传感器、可穿戴电子设备、电子皮肤等领域，但也存在灵敏度低、可扩展性差、稳定性差等缺陷。导电水凝胶的结构设计是一个重点。其中，导电填料的选择至关重要，主要的导电填料有导电聚合物、离子液体和导电纳米材料，但这些导电填料存在的缺陷可能是生物相容性差、电导率低或者与水凝胶的机械不匹配性高。水凝胶材料的选择也至关重要。因此通过在水凝胶材料中引入性能优异的导电填料并与凝胶网络协同响应是构建导电高分子水凝胶，从而获得可拉伸高灵敏水凝胶应变传感器的一种新技术途径。在此我们选用电导率更高、生物相容性好、可流动的液态金属；在导电的前提下水凝胶材料也应具有一定的抑菌、自修复、可降解、光学透明等性能，本发明采用的交联壳聚糖季铵盐正是这样一种优异的水凝胶骨架材料。因此，本发明对液态金属/壳聚糖衍生物水凝胶薄膜的制备及应变传感性能研究具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种液态金属/壳聚糖衍生物水凝胶薄膜的制备方法，为构建导电高分子水凝胶，从而获得可拉伸高灵敏水凝胶应变传感器等领域提供了一种技术。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种液态金属/壳聚糖衍生物水凝胶薄膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备交联壳聚糖季铵盐混合液

将氢氧化钠溶液滴入壳聚糖季铵盐水溶液中并不断搅拌至pH值到达10，加热至70℃时，加入交联剂环氧氯丙烷进行反应，反应期间不断滴加氢氧化钠溶液使反应体系的pH维持在10，恒温反应4h后自然冷却至室温，用盐酸溶液调至pH值为7，加入丙三醇，获得交联壳聚糖季铵盐混合液；

(2)制备液态金属/壳聚糖衍生物水凝胶薄膜

在海藻酸钠水溶液中加入液态金属以及交联壳聚糖季铵盐混合液，形成交联壳聚糖季铵盐/海藻酸钠/液态金属混合溶液；超声处理得到灰黑色的混合前驱液；置于模具中，热凝胶成型得到液态金属/壳聚糖衍生物水凝胶薄膜。

作为本发明技术方案的进一步改进，在步骤(1)中，用盐酸溶液调至pH值为7后进行透析，然后加入丙三醇。