[发明专利]可3D打印的导电自修复水凝胶材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供可3D打印的导电自修复水凝胶材料及其制备方法和应用，制备方法包括：步骤1.将十二烷基苯磺酸钠和碳纳米管的混合物溶于去离子水中，充分搅拌，再进行超声分散，然后离心，得到分散液A；步骤2.将氯化钙和聚丙烯酸加入到分散液A中，搅拌得到溶解有氯化钙和聚丙烯酸的碳纳米管分散液B；步骤3.将海藻酸钠溶于氢氧化钠溶液中，搅拌得到海藻酸钠的碱性混合液C；步骤4.将分散液B在快速搅拌的条件下，缓慢滴加等体积的混合液C，在持续搅拌一段时间后，得到钙离子/聚丙烯酸/碳纳米管/海藻酸钠导电自修复水凝胶，兼具3D可打印性、刺激响应性和自修复能力。本发明工艺简单，操作方便，合成过程能耗低，适合产业化。

技术领域

本发明属于导电自修复水凝胶技术领域，具体涉及可用于3D打印的导电自修复水凝胶材料、该导电自修复水凝胶材料的仿生制备方法和应用。

技术背景

在海边采摘贻贝的时候，会发现如果不使用合适的工具，很难把它们从岩石上剥离。这是因为贻贝会分泌一种类似于水凝胶的粘合弹性蛋白质丝液，这使得贻贝几乎可以粘在任何硬质的固体表面，比如礁石、金属、木桩、塑料，甚至是其他生物表面。此外，贻贝分泌的这种蛋白中富含氨基酸L-Dopa，使其具备粘性和自修复能力的同时，还赋予其导电的性质。

水凝胶具有与生物组织类似的结构及高含水量，因此已经在诸如药物递送、软执行器、电化学器件和人工肌肉等生物医学和生物工程领域发挥重要作用。而导电水凝胶更是结合了导电高分子的电化学性能与水凝胶的柔软特性，具有大比表面积、出色的电子传输与离子传输能力，是用于构筑柔性智能设备的理想材料。

近年来，有许多仿生导电水凝胶材料被开发出来。比如，《Small杂志》(Small2017,13,1601916)报道，利用聚多巴胺(PDA)将氧化石墨烯(GO)部分还原为导电石墨烯，设计了一种可拉伸、自粘附和自修复的导电水凝胶。《先进功能材料》(Adv.Funct.Mater.2017,27,1703852)报道了一种受贻贝启发的自粘型自愈合导电复合水凝胶，该复合水凝胶可以实时监测人体的微小运动。《纳米快报》(Nano Lett.2019,19,8343)还报道了一种具有各项异性的导电自粘附水凝胶，该水凝胶能够结合高通量电刺激，调控成肌细胞增殖和取向生长，将有望应用于模拟生物组织等仿生领域。但是，这些导电水凝胶都不兼具有3D可打印性和刺激响应性，这严重限制了其在仿生领域的应用。

因此，制备出兼具3D可打印性、刺激响应性和自修复能力的导电水凝胶是仿生水凝胶领域的热点和难点，对于实际的应用，如人体可穿戴智能设备、软体机器人等方面具有重要的意义。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种兼具3D可打印性、刺激响应性和自修复能力的导电水凝胶材料及其仿生制备方法，并将其制备为可实时响应外界压力刺激的压阻式应变传感器。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

制备方法

本发明提供一种可3D打印的导电自修复水凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.将十二烷基苯磺酸钠和碳纳米管的混合物溶于去离子水中，充分搅拌，再进行超声分散，然后离心，得到分散液A；步骤2.将一定量的氯化钙和聚丙烯酸加入到分散液A中，搅拌得到溶解有氯化钙和聚丙烯酸的碳纳米管分散液B；步骤3.将一定量的海藻酸钠溶于一定浓度的氢氧化钠溶液中，搅拌得到海藻酸钠的碱性混合液C；步骤4.将分散液B在快速搅拌的条件下，缓慢滴加等体积的混合液C，在持续搅拌一段时间后，得到钙离子/聚丙烯酸/碳纳米管/海藻酸钠导电自修复水凝胶。

优选地，本发明提供的可3D打印的导电自修复水凝胶材料的制备方法还可以具有以下特征：在分散液A中，十二烷基苯磺酸钠、碳纳米管浓度分别为0.05～0.15wt％、0.05～0.25wt％。