[发明专利]水凝胶传感材料的制备方法和水凝胶传感器

说明书

本公开提供了水凝胶传感材料的制备方法和水凝胶传感器。该水凝胶传感材料是将壳聚糖添加到盐酸中，在水浴中搅拌形成透明溶液，待透明溶液回到室温后，加入丙烯酰胺、N，N′‑亚甲基双(丙烯酰胺)、2，2′‑偶氮二(2‑甲基丙脒)二盐酸盐和苯胺，并搅拌溶解，将所得溶液通过超声波清洗而脱气，注入到模具中，将模具放在恒温箱中，反应生成聚丙烯酰胺复合水凝胶，将聚丙烯酰胺复合水凝胶浸入过硫酸铵溶液中引发苯胺原位氧化聚合，最后将得到的聚苯胺/壳聚糖‑聚丙烯酰胺复合水凝胶浸入硫酸铵溶液中获得聚苯胺/壳聚糖‑聚丙烯酰胺离子‑共价双网络水凝胶。制得的聚苯胺/壳聚糖‑聚丙烯酰胺离子‑共价双网络水凝胶可直接用作水凝胶传感器。

技术领域

本发明属于智能软材料领域，特别涉及一种具有优异的抗冻性和超强的抗紫外性的水凝胶传感材料的制作方法及其应用。

背景技术

水凝胶是由大量水和三维聚合物网络组成的复合材料。导电水凝胶是特殊类型的水凝胶，可通过将导电材料(例如石墨材料和碳纳米管)，游离离子，导电聚合物(例如聚苯胺、聚吡咯等)或液态金属添加到聚合物网络中，将外部刺激转换为电信号的变化以获得导电性。

近年来，对多功能水凝胶的需求一直在增长，并且水凝胶在组织工程，药物释放和软电子产品领域中的应用越来越普遍。但是，目前对水凝胶的研究主要旨在改善材料的机械性能和功能性，而忽略了水凝胶在实际应用环境中的缺点，特别是在极端条件下其特定的材料性能。水凝胶的应用通常在某些极端条件下受到限制，例如极地勘探，登山和滑雪。在这些极端环境下，水凝胶可能会遇到低温，缺氧环境，紫外线暴露，烧伤和海洋环境等，而传统的导电水凝胶往往会在0℃以下冻结并失去其弹性和导电性，这限制了它们的使用温度。同时，传统的导电水凝胶抗紫外线性能较差。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供了一种水凝胶传感材料的制备方法和水凝胶传感器。

本公开实施例的一个方面提供了一种水凝胶传感材料的制备方法，包括：

步骤(1)将壳聚糖添加到盐酸中，以在水浴中搅拌下形成透明溶液；

步骤(2)在透明溶液回到室温后，加入丙烯酰胺，N，N′-亚甲基双(丙烯酰胺)，2，2′-偶氮二(2-甲基丙脒)二盐酸盐和苯胺，并搅拌溶解；

步骤(3)将经过搅拌溶解后的溶液通过超声波清洗而脱气，然后注入到模具中，将模具放入恒温箱，以N，N′-亚甲基双(丙烯酰胺)为交联剂，2，2′-偶氮二(2-甲基丙脒)二盐酸盐为热引发剂的丙烯酰胺单体的自由基聚合反应在恒温箱中发生，生成聚丙烯酰胺复合水凝胶；

步骤(4)将聚丙烯酰胺复合水凝胶浸入过硫酸铵溶液中，引发苯胺氧化聚合，生成聚苯胺/壳聚糖-聚丙烯酰胺复合水凝胶；

步骤(5)将聚苯胺/壳聚糖-聚丙烯酰胺复合水凝胶浸入目标盐离子溶液中以获得聚苯胺/壳聚糖-聚丙烯酰胺离子-共价双网络水凝胶，其中，所述目标盐离子溶液是能够与壳聚糖发生霍夫迈斯特效应的盐离子溶液。

根据本公开的实施例，步骤(1)中透明溶液所用壳聚糖和盐酸的质量比为(0.3～0.7)∶10；其中盐酸的浓度范围为0～0.75mol/L。

根据本公开的实施例，步骤(1)水浴的温度范围为55℃～70℃。

根据本公开的实施例，步骤(2)的溶液中壳聚糖和丙烯酰胺的质量比为(0.3～0.7)∶(0.71～2，13)，苯胺的体积和壳聚糖的质量比例为(250μL～750μL)∶(0.3g～0.7g)，丙烯酰胺，N，N′-业甲基双(丙烯酰胺)和2，2′-偶氮二(2-甲基丙脒)二盐酸盐的摩尔比为1∶0.35％∶0.1％

根据本公开的实施例，步骤(3)所用恒温箱的温度范围为50℃～65℃；上述反应在恒温箱中的发生的时间大于8小时。

根据本公开的实施例，步骤(3)中所用模具由两个玻璃板组成，该两个玻璃板由1mm～2mm硅胶垫片隔开。