[发明专利]离子导电水凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种离子导电水凝胶及其制备方法与应用，制备方法包括以下步骤：步骤1，制备苯硼酸离子液体单体；步骤2，根据步骤1所得产物制备离子导电水凝胶。本发明提供的多功能离子导电水凝胶在传感器上应用，采用上述多功能离子导电水凝胶制备而成，将所述多功能离子导电水凝胶的两端连接上导线并封装即可。传感器包括但不限于人机交互传感器、电子皮肤等。电子皮肤又称新型可穿戴柔性仿生触觉传感器。

技术领域

本发明属于功能性水凝胶技术领域，涉及一种离子导电水凝胶，本发明还涉及上述凝胶的制备方法。

背景技术

近年来，随着人工智能和新材料的发展，基于仿生皮肤的可穿戴多功能水凝胶应变传感器可将外界刺激(拉伸、压缩、弯曲、膨胀等)转化为电信号，在人体健康监测、电子皮肤、人机交互系统、植入式设备、等方面显示出广阔的应用前景。为了实现水凝胶传感器的多功能应用，除了必需的力学强度、导电性、传感性和与人体皮肤的良好粘附性之外，还需要在损伤后能够实现自修复以延长其使用寿命和功能的可靠性。一般来说，聚合物水凝胶的自愈合性质来自于聚合物链间的动态共价键(硼酸酯键，二硫键和席夫碱键等)和非共价相互作用(氢键、静电相互作用、疏水缔合和金属配位等)。多数情况下，多个动态共价键和非共价键可以在单独或组合情况下形成许多牺牲键来耗散能量，被认为更有利于实现自愈合和构建超强的能量耗散系统。然而，大多数自愈合水凝胶基质不能直接满足可穿戴传感器的要求，难以兼顾机械强度、高导电和自愈合性能。

中国专利CN109503757 A公开了一种海藻酸钠/聚丙烯酰胺双网络高强度水凝胶，其断裂伸长率可达1500％，断裂强力可达0.8MPa。同时在凝胶网络里掺杂一价金属阳离子，赋予其导电性，以满足在传感器件中的应用，但该水凝胶是共价交联体系，限制了聚合物链的运动能力，进而降低了水凝胶的自修复能力，不具备自愈性，因此限制了水凝胶的应用及寿命。

中国专利CN110698693 A公开了一种聚丙烯酰胺(PAM)和乙酸化聚乙烯醇(PVAA)互穿网络水凝胶前驱体，之后利用乙酰乙酸与三价铁离子得螯合作用，同时实现导电性和自愈合性能，但该水凝胶的断裂伸长率为500％，不能满足高性能水凝胶传感器的使用要求。

中国专利CN109880123 A公开了一种高强度可拉伸的导电自愈合超分子水凝胶的制备方法，其设计利用了离子型笼型聚倍半硅氧烷与带有相反电荷离子的可聚合单体通过静电相互作用络合，形成超分子单体，进而再与丙烯酰胺原位自由基共聚，得到纳米复合水凝胶，其断裂伸长率可达5000％，断裂强力可达0.2MPa。但其制备方法复杂，制备时间长，单体选择性高。如何通过高效简单的一步法制备具有并兼顾高机械强度、导电性、自修复性能的多功能水凝胶仍是一个亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种离子导电水凝胶的制备方法，采用该方法能够制备出高机械强度、导电性、自粘附和自修复性能的水凝胶材料。

本发明所采用的技术方案是，离子导电水凝胶的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤1，制备苯硼酸离子液体单体；

步骤2，根据步骤1所得产物制备离子导电水凝胶。

本发明的特点还在于：

步骤2的具体过程为：步骤2.1，制备CNFs水溶液；

步骤2.2，制备MBA水溶液；

步骤2.3，根据步骤1所得产物、步骤2.1所得产物及步骤2.2所得产物制备水凝胶。

步骤2.1的具体过程为：将CNFs在水中均匀分散，得到1.2wt％的CNFs水溶液。

步骤2.2的具体过程为：将MBA在水中均匀分散，得到2wt％的MBA水溶液。