[发明专利]CS/TA/PAA-Al3+复合离子水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了CS/TA/PAA‑Al³⁺复合离子水凝胶及其制备方法和应用。本发明首先在常温下将壳聚糖溶解在含有乙酸的去离子水中，形成壳聚糖均相溶液；然后加入单宁酸，混匀得到混合溶液1；随后依次加入丙烯酸、铝盐溶液和N,N‑亚甲基双丙烯酰胺，混匀得到混合溶液2；再将混合溶液2转移至冰水浴中，通入氮气完全除氧后，继续加入过硫酸钾，混匀得到混合溶液3；最后，将混合溶液3注入反应模具中，在70℃下恒温聚合反应4‑8h。本发明制备的水凝胶具有高拉伸、自愈合、自粘、抗疲劳、高应变敏感性，利用该水凝胶制备的应变传感器可在0‑1400％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，因此，本发明的复合离子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

本发明属于智能材料技术领域，具体涉及CS/TA/PAA-Al³⁺复合离子水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，柔性电子传感器在智能可穿戴电子设备中发挥着至关重要的作用，通过将机械变形转化为电信号，其在人体运动监测、健康检测和软机器人等领域有广阔的应用前景。但是随着社会需求的不断提高，对传感器在不同领域中的应用提出了更高的标准和要求。除了包括柔性、耐久性、低功耗和生物相容性在内的基本要求之外，柔性传感器还必须满足各种功能性要求，如高拉伸性、快速自恢复性、良好的抗疲劳性、自愈合性、自粘性、宽应变窗口和高应变灵敏度。因此，制造多功能、高性能稳定的应变传感器在可穿戴电子设备，人工智能和软机器人等方面的应用中至关重要。离子水凝胶因其固有的导电性、可拉伸性和生物相容性而逐渐成为一种有前途的应变传感器材料。为了进一步优化这类水凝胶材料，发展一种高拉伸、自愈合、自粘、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新材料意义重大。

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CS/TA/PAA-Al³⁺复合离子水凝胶及其制备方法和应用。基于离子水凝胶固有的导电性、可拉伸性，本发明提出了一种高拉伸、自愈合、自粘、耐疲劳、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复合离子水凝胶。

为了实现本发明的上述其中一个目的，本发明采用的技术方案如下：

CS/TA/PAA-Al³⁺(CTPA)复合离子水凝胶的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)将壳聚糖(CS)加入到去离子水中，然后滴加冰醋酸(CH₃COOH)，常温条件下搅拌溶解，得到壳聚糖(CS)均相溶液；

(2)搅拌条件下将单宁酸(TA)加入到步骤(1)所述壳聚糖均相溶液中，继续搅拌均匀，得到混合溶液1；

(3)依次将丙烯酸(AA)、铝盐水溶液和N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)加入到步骤(2)所述混合溶液1中，继续搅拌均匀，得到混合溶液2；

(4)将步骤(3)所述混合溶液2转移至冰水浴中，通入氮气，待完全除氧后，向混合溶液2中加入过硫酸钾(KPS)，继续搅拌均匀，得到混合溶液3；

(5)将步骤(4)所述混合溶液3注入模具中，然后在70℃条件下恒温反应4-8h，获得所述的CS/TA/PAA-Al³⁺复合离子水凝胶。

具体地，上述技术方案，步骤(1)中所述常温是指四季中自然室温条件，不进行额外的冷却或加热处理，一般常温控制在10-30℃，最好是15-25℃。

进一步地，上述技术方案，步骤(1)中所述壳聚糖与去离子水的用量比为(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(1)中所述冰醋酸与壳聚糖的质量比为0.75-0.85：1。