[发明专利]部分还原氧化石墨烯-纳米纤维素晶-聚乙烯醇复合导电水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种部分还原氧化石墨烯‑纳米纤维素晶‑聚乙烯醇复合导电水凝胶及其制备方法和应用，通过单宁酸/纳米纤维素晶悬浮液及石墨烯分散液加入到聚乙烯醇水溶液中，加入交联剂，剧烈搅拌直至成胶，得到部分还原氧化石墨烯‑单宁酸/纤维素纳米晶‑聚乙烯醇复合导电水凝胶。与现有技术相比，本发明中水凝胶内部具有双层互穿网络结构，即纳米纤维素力学网络结构与石墨烯导电网络结构的复合，其中纳米纤维素力学网络结构构成凝胶的基体，石墨烯导电网络结构构成凝胶的力学增强网络和导电网络，可用做柔性可穿戴压力传感器监测人体运动，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及高分子复合导电材料领域，尤其是涉及一种部分还原氧化石墨烯-纳米纤维素晶-聚乙烯醇复合导电水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

聚乙烯醇(PVA)水凝胶是以水为介质，亲水性聚乙烯醇大分子经过交联而形成的三维网络结构溶胀体。由于聚乙烯醇具有化学性质稳定、生物相容性好、毒性低等优点，在药物缓释、生物医用敷料、组织工程支架等领域具有广泛的应用。为了改善聚乙烯醇的机械强度及导电能力，扩展其应用范围，常将聚乙烯醇与其它功能材料进行复合，如与导电材料聚苯胺(Song,M.,et al.,Chemical Engineering Journal,2020.398:p.125547)、聚吡咯(Ding,Q.,et al.,ACS Applied MaterialsInterfaces,2018.10(33):p.27987)、银纳米颗粒(Lin,F.,et al.,Journal of Materials Chemistry A,2019.7(46):p.26442)等复合，增大材料的电导率，与纳米纤维素材料(Shao,C.,et al.,ACS Applied MaterialsInterfaces,2019.11(6):p.5885)复合，以提高其机械性能等。

石墨烯(GNS)是一种厚度约为0.335nm的单原子层二维碳材料，GNS的热导率可达5×10³W·m^-1·K^-1，是金刚石的3倍。GNS是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，GNS的强度可达130Gpa，是钢100多倍；其载流子迁移率达1.5×10⁴cm²·V^-1·s^-1，是目前已知的具有最高迁移率的锑化铟材料的2倍,超过商用硅片迁移率的10倍，在特定条件下(如低温骤冷等)，其迁移率甚至可高达2.5×10⁵cm²·V^-1·s^-1；而电阻率只约10^-6Ω，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因为GNS具有优异的热学、电学、力学和磁学性能，近年来在生物医学、超级电容器、太阳能电池、传感器、储能材料和复合材料方面得到了广泛的研究和应用。

导电水凝胶具有组织相似性和生物相容性，网络结构、物理机械性能、生物功能等可根据需求灵活调节，在生物组织器官传感方面具有独特的优势，得到了国内外同行的广泛研究。当前，如何提高导电水凝胶的电导率和传感灵敏度，并提升材料和器件的机械性能(粘性、力学性能)，仍是本领域有待深入研究的重要课题。

目前市场上亟待研发一种具有自粘附性、较好力学性能及导电性能的石墨烯-纳米纤维素-聚乙烯醇复合导电凝胶。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种部分还原氧化石墨烯-纳米纤维素晶-聚乙烯醇复合导电水凝胶及其制备方法和应用，通过单宁酸/纳米纤维素晶悬浮液及石墨烯分散液加入到聚乙烯醇水溶液中，加入交联剂，剧烈搅拌直至成胶，得到部分还原氧化石墨烯-单宁酸/纤维素纳米晶-聚乙烯醇复合导电水凝胶，该复合水凝胶可用做柔性可穿戴压力传感器监测人体运动，具有较好的应用前景。

本发明的目的是提供一种具自粘附性的部分还原氧化石墨烯-纳米纤维素-聚乙烯醇复合导电凝胶。

本发明的另一个目的是提供上述复合导电凝胶的制备方法。