[发明专利]一种双网络水凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种双网络水凝胶及其制备方法与应用。双网络水凝胶的制备方法包括以下步骤：将单体丙烯酰胺、硅纳米粒子、氧化剂、交联剂、催化剂加入水中，混合均匀，充氮，注模，聚合，得到的聚丙烯酰胺‑硅水凝胶浸泡在吡咯和植酸的混合溶液中，再加入氧化剂和甘油溶液，聚合，得到聚丙烯酰胺‑硅/聚吡咯‑植酸双网络水凝胶。本发明的双网络水凝胶具有良好的拉伸性能、导电性能和阻燃性能，制备的水凝胶柔性应变传感器具有良好的敏感；在‑20℃低温仍保持性能稳定，且在‑20℃和火焰燃烧后能保持传感稳定；双网络水凝胶制备的水凝胶柔性应变传感器通在应用过程中自粘附，无需添加额外粘附剂。

技术领域

本发明涉及高分子光电材料技术领域，尤其涉及一种双网络水凝胶及其制备方法与应用。

背景技术

柔性应变传感器具有便携、柔韧和高度环境适应性等优点，在人造皮肤、环境监测、植入式电子设备和医疗保健系统等方面均有巨大的应用前景。然而，现有的柔性应变传感器仍存在以下问题：传感器安装在人体等表面，缺乏粘附性，容易造成运行途中的脱落；性能受到温度的影响而改变，不利于传感器在极端环境中的应用；以聚合物制备的传感器因聚合物的易燃性而不耐高温。以水凝胶制备的传感器具有一定的阻燃效果，但纯水较高的凝固点限制了这类传感器在极寒天气中的应用。因此，制备同时具有抗冻、阻燃和自粘附性，在不同温度下可维持稳定性能的传感器仍然是一个重大挑战。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种双网络水凝胶，该水凝胶具有粘附性，且在零下或火焰环境下能维持良好和稳定的拉伸性、导电率，制备的传感器具有良好的敏感性，且在-20℃和火焰燃烧后能保持传感稳定。

本发明的另一目的在于提供上述双网络水凝胶的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述双网络水凝胶的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种双网络水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)将单体丙烯酰胺、硅纳米粒子、氧化剂、交联剂、催化剂加入到水中，混合均匀，充氮，注模，聚合，得到聚丙烯酰胺-硅水凝胶；

(2)将步骤(1)所述聚丙烯酰胺-硅水凝胶浸泡在吡咯和植酸的混合溶液中，再加入氧化剂和甘油溶液，聚合，得到聚丙烯酰胺-硅/聚吡咯-植酸双网络水凝胶。

优选地，步骤(1)所述单体丙烯酰胺在体系中的浓度为0.20-0.25g/mL；更优选地，浓度为0.25g/mL。

优选地，步骤(1)所述硅纳米粒子的粒径为12nm、比表面积为220m²/g；更优选地，步骤(1)所述硅纳米粒子的型号为AM-30。

优选地，步骤(1)所述硅纳米粒子在体系中的浓度为6-30％；更优选地，步骤(1)所述硅纳米粒子在体系中的浓度为18％。

优选地，步骤(1)所述氧化剂为过硫酸铵；更优选地，所述过硫酸铵的质量为单体丙烯酰胺质量的0.8％-1％。

优选地，步骤(1)所述交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺；更优选地，所述N，N-亚甲基双丙烯酰胺的质量为单体丙烯酰胺质量的0.0017％。

优选地，步骤(1)所述催化剂为四甲基乙二胺；更优选地，所述四甲基乙二胺的质量为单体丙烯酰胺质量的0.62％。

优选地，步骤(1)所述水为去离子水。

优选地，步骤(1)所述充氮的时间为20-30min。

优选地，步骤(1)所述聚合的时间为12-24h；更优选地，所述聚合的时间为24h。

优选地，步骤(2)所述吡咯和植酸的混合溶液中，所述植酸和吡咯的摩尔比为0.5-1.4：1；更优选地，所述植酸和吡咯的摩尔比为0.7：1。