[发明专利]一种自修复离子凝胶膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种自修复离子凝胶膜的制备方法，将聚(1‑甲酰胺‑3‑乙烯基咪唑双(三氟甲磺酰基)酰亚胺)、硫辛酸和甲基丙烯酸3‑磺酸丙酯钾盐通过溶液混合，搅拌均匀，倒入模具中烘干，再放入水中浸泡后，制备得离子凝胶膜。该制备方法简单，所得离子凝胶膜具有良好的自修复性能，同时具有较好的力学性能和导电性能，以及稳定的传感性能，有望作为可穿戴传感器件来检测人体运动。

技术领域

本发明属于材料化学技术领域，涉及一种自修复离子凝胶膜的制备方法。

背景技术

离子凝胶作为一种新型软材料，具有良好的离子导电性、柔韧性、热稳定性以及化学稳定性，已被广泛应用于电活性致动器、电致发光器件、离子传感器和触摸屏等柔性可伸展器件中，在电池以及可穿戴器件等领域都展现出广阔的应用前景。目前，离子凝胶的制备主要通过单体在离子液体中的聚合、离子液体与聚合物的共混、离子液体中凝胶剂的自组装等方法。然而，在使用过程中，离子凝胶通常会受到反复的挤压和弯曲，使其容易疲劳或断裂，容易失去原有的功能，造成设备故障。因此，开发并赋予离子凝胶自我修复能力是软电子设备领域的迫切需求。

目前，虽然一系列含有非共价键/可逆共价键的自修复材料已被开发并投入应用，但具有自修复能力的离子凝胶的制备仍然面临挑战。增加凝胶中聚合物链间的可逆相互作用的强度以及交联密度，会导致离子凝胶中聚合物链段运动能力受限，因此很难同时实现离子凝胶的高强度和自修复性能。而且，具备良好的拉伸性能对离子凝胶材料的应用也非常重要。因此，制备高强度、高拉伸性能的自修复离子凝胶具有实际应用价值。

聚离子液体（PILs）结合了离子液体良好的电学性能和聚合物的强韧力学性能，而且自身也可以通过氢键等相互作用力成膜，利用聚离子液体开发自愈合离子导体具有重要的理论和应用价值。硫辛酸（TA）是一种天然存在于动物体内的抗氧化剂小分子，由于该分子内存在羧基以及二硫键，因此在硫辛酸中存在着两种相互作用，一是羧基上的非共价氢键相互作用，另一种相互作用则是五元环上的动态二硫键相互作用，可以利用硫辛酸（TA）开环聚合构建集超高延展性、快速自愈能力于一体的高性能超分子聚合物网络。

发明内容

本发明的目的是提供一种自修复离子凝胶膜的制备方法。

一、离子凝胶膜的制备方法

本发明离子凝胶膜的制备方法，将聚(1-甲酰胺-3-乙烯基咪唑双(三氟甲磺酰基)酰亚胺) (PCAIMTf₂N)、硫辛酸(TA)和甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾盐(SPMA)加入到乙醇和N,N-二甲基甲酰胺混合溶液中，室温搅拌混合均匀，然后倒入模具中在60℃~100℃条件下烘干，再将烘干后的聚合物膜在蒸馏水浸泡，得到离子凝胶膜。

其中，聚(1-甲酰胺-3-乙烯基咪唑双(三氟甲磺酰基)酰亚胺)与硫辛酸的质量比为1︰2；甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾盐的质量为聚(1-甲酰胺-3-乙烯基咪唑双(三氟甲磺酰基)酰亚胺)质量的80%～500%。乙醇和N,N-二甲基甲酰胺混合溶液中，乙醇和N,N-二甲基甲酰胺的体积比为1:1。烘干后的聚合物膜放入蒸馏水中浸泡的时间为2~10小时。

二、离子凝胶膜的结构和性能

1.离子凝胶膜的核磁共振氢谱

实施例1制备的离子凝胶膜的核磁共振氢谱，如图1所示。可以看出，在化学位移2.8处的出峰，说明了硫辛酸聚合完全转化为聚硫辛酸（PTA）。

2.离子凝胶膜的XRD图像

实施例1制备的离子凝胶膜的XRD图像，如图2所示，所得离子凝胶膜内部不存在明显的结晶峰，表明PTA并没有解聚为硫辛酸小分子。

3.离子凝胶膜的微观形貌电镜图

实施例1制备的离子凝胶膜的微观形貌电镜图，如图3所示，该离子凝胶膜表面具有高密度网络的特征，其内部不存在明显的孔洞，结果表明该离子凝胶膜具有结构均一的特征。