[发明专利]一种铜纳米线复合有机水凝胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种铜纳米线复合有机水凝胶的制备方法，具体是纳米材料在可聚合单体存在的情况下，通过自由基聚合反应、离子之间的动态交联以及纳米材料和聚合物之间的超分子作用，形成纳米复合水凝胶，随后浸泡于有机溶剂中进行溶剂置换，最终获得纳米复合有机水凝胶，以获得耐低温、优异的机械性能和优良的电学性能的复合有机水凝胶。

技术领域

本发明涉及一种铜纳米线复合有机水凝胶的制备方法，属于纳米材料技术领域。

背景技术

可拉伸弹性导体材料是一类新型的高级材料，这种类型的材料可以应用于多种领域。在过去的几年中，在用不同材料设计柔性导体方面取得了重大进展，这些材料包括碳纳米管、金属纳米颗粒、半导体纳米结构、石墨烯、导电聚合物、金属氧化物和金属纳米线等。尽管取得了显著的进步，但是在下游实际应用中，上述某些材料仍将不可避免地面临成本或数量不足的问题。例如，基于金属纳米材料的柔性导体的成功主要限于珍贵的金或银纳米线。铜纳米线(CuNWs)不仅具有出色的性能，而且由于地球上的铜含量很高，因此可以为柔性导体的商业应用提供成本优势。与较便宜的商业导电填料(例如碳黑)相比，由于铜的高固有体积电导率，导致CuNWs更优异的电学性能。

2002年日本科学家T.Takehisa首次提出了纳米复合水凝胶的概念，该方法使用粘土片纳米材料作为交联剂形成水凝胶进一步的提升了其机械性能。导电水凝胶由于其在电子皮肤和个性化医疗保健方面的巨大潜力，在柔性和可穿戴软应变传感器领域引起了极大的兴趣。但是，使用纯水作为分散介质的常规导电水凝胶不可避免地会在低于零的温度下冻结，从而导致其导电性和机械性能下降。同时，即使在室温下，此类水凝胶也会因蒸发而不可避免地损失水分，从而导致较差的保质期，传统导电水凝胶的这些特点严重限制了其在极端环境下的应用。

发明内容

本发明针对上述现有技术所存在的问题，提供了一种铜纳米线复合有机水凝胶的制备方法，通过乙二醇溶剂置换以替换部分水分子来达到防冻的目的，以获得防冻、具有优异机械性能和电学性能的复合有机水凝胶。

本发明铜纳米线复合有机水凝胶的制备方法，是纳米材料在可聚合单体存在的情况下，通过自由基聚合反应、离子之间的动态交联以及纳米材料和聚合物之间的超分子作用，形成纳米复合水凝胶，随后浸泡于有机溶剂中进行溶剂置换，最终获得纳米复合有机水凝胶。

本发明铜纳米线复合有机水凝胶的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：首先依次将0.84g二水合氯化铜和0.99g葡萄糖加入400mL去离子水溶液中，磁力搅拌器600rpm搅拌下加入5.4g十六胺，最终搅拌至均质浅蓝色乳液状态；然后倒入聚四氟乙烯容器，高温120℃反应8小时，冷却至室温，依次用常温水和65℃热水离心洗涤，离心的转速和时间分别为9000rpm和6min，最终得到红褐色的铜纳米线溶液，浓度为20mg/mL。

步骤1中，所合成的铜纳米线长度是60-70μm，直径是70-90nm。

步骤2：在氮气保护下将单体、聚合物、交联剂和引发剂依次加入步骤1制备的铜纳米线溶液中，超声混合，随后置于真空干燥箱中除去分散液所含气泡，控制pH值并将其最优化为8-10，在磁力搅拌下滴加四硼酸钠水溶液，直到获得凝胶；在60℃下原位聚合5小时，冷却至室温，即得水凝胶基底。

步骤2中，所述单体为丙烯酰胺，添加质量为步骤1所得铜纳米线溶液质量的5％-20％。

步骤2中，所述交联剂为亚甲基双丙烯酰胺，添加质量为步骤1所得铜纳米线溶液质量的0.02％-0.06％。

步骤2中，所述引发剂为2,2'-偶氮双[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐，添加质量为步骤1所得铜纳米线溶液质量的0.2％-0.6％。

步骤2中，所述聚合物为聚乙烯醇水溶液，质量浓度10wt％，所述聚合物的添加质量为步骤1所得铜纳米线溶液质量的3％-8％。