[发明专利]一种多功能导电离子凝胶、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种多功能导电离子凝胶、制备方法及其应用。所述制备方法包括：将含有一个不饱和双键的离子液体作为单体和含有两个不饱和双键的离子液体作为交联剂，将二者溶解至良溶媒中，得到混合溶液；将二维纳米材料MXene超声分散到混合溶液中；将混合溶液进行电离辐射处理，使混合溶液凝胶化，得到多功能导电离子凝胶。本发明通过电离辐射技术得到的导电离子凝胶具有高导电性、强粘附性能、快速的自愈合能力、良好的机械性能、优异的抗冻、抗菌性能以及良好的应力应变传感性能等优点。且本发明提供的导电离子凝胶的柔性可穿戴应变传感器具有非常良好的应变灵敏度，不仅可以对人体的各种运动进行快速的监测，也可以实现智能信息的加密传输。

技术领域

本发明属于离子凝胶技术领域，更具体地，涉及一种多功能导电离子凝胶、制备方法及其应用。

背景技术

随着移动互联网的快速发展，各种柔性电子设备，如电子皮肤(E-skin)、柔性可穿戴设备、柔性储能设备等获得快速发展。其中，柔性可穿戴式应变传感器因其具备灵活性、可拉伸性、自愈合能力和触觉感知能力等优点，可以将外部刺激(如延伸、弯曲、膨胀)转化为电信号(如电阻、电流或电容)进行输出和记录，因此被广泛应用于人体运动监测、健康监测、人机界面和软机器人等研究领域。

目前大多数报道的柔性可穿戴式应变传感器是通过将碳基材料(如碳纳米管、石墨烯)、导电聚合物(如聚苯胺、聚吡咯)、或金属材料(如银纳米线、液态金属)合并到弹性体基质中来生产的。然而，这些器件通常表现出固有的刚度，有限的拉伸能力，或较窄的监测范围；除此之外，在发生较大的变形时，这些器件的导电性会发生不可逆的劣化，严重限制了它们的进一步应用。因此，制备具有可调灵活性、稳定导电性和多功能性的理想传感器仍然是一个巨大的挑战。

为了解决上述这些问题，新型弹性体基质的开发变得尤为重要。其中，基于凝胶(包括水凝胶、有机凝胶和离子凝胶)的应变传感器由于其独特的特性，如重量轻、高柔性和可拉伸性，受到了广泛的关注研究。对于水凝胶而言，水具有环保、经济、生物相容性等优点，但耐温性较差、容易冻结或蒸发，即使在环境条件下也难以长期使用。为了减少溶剂蒸发，通过使用低蒸汽压的有机溶剂代替凝胶中的水溶剂形成了有机凝胶，提高了凝胶的抗冻、抗脱水或耐热性。然而，基于有机凝胶的传感器表现出相对较低的灵敏度和测量因子。因此，通过在其中加入具有优异的物理和化学性质的离子液体，可以得到同时具有良好的弹性、非挥发性、电化学稳定性和机械耐久性的高性能离子凝胶。例如，中国发明专利申请公开文本CN 114409849 A公开的一种通过光引发法得到了具有高稳定性、粘附性导电聚离子液体凝胶，该聚离子液体凝胶在常温、高温(60℃)、或水下环境中均具有良好的稳定性与导电性；除此之外，凭借自身良好的粘附性与导电性可以直接粘附在皮肤上用于监测人体运动或生理信号，可满足传感器件对使用寿命，复杂环境，信号稳定的要求。中国发明专利申请公开文本CN 113004449 A通过将自由基引发剂加入到可聚合的离子液体单体与无机纳米填料形成的均匀前驱体混合物中，在模具中原位引发聚合反应，得到了一种抗冻离子导电复合凝胶。制备得到的抗冻离子导电复合凝胶的最大应力达到0.24MPa，伸长率在400％以上，在-70℃的低温下仍然具有很好的可拉伸性。中国发明专利申请公开文本CN113801272 A公开了一种可自愈合及可光固化3D打印导电离子凝胶及其制备方法。该导电离子凝胶具有良好的力学性能(最大拉伸强度为0.3MPa，最大断裂伸长率为546％)。且该离子凝胶具有优异的自愈合性能，材料破环后在紫外光下照射10min可以快速修复，修复效率高于99％。

上述常用的高性能离子凝胶的制备方法通常都是采用热/光引发自由基聚合的方法得到的，在反应的过程中通常需要额外添加引发剂，从而造成产物的纯度不高；除此之外，制备过程耗能较大，生产工艺相对麻烦，不容易实现离子凝胶的大规模生产。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多功能导电离子凝胶、制备方法及其应用，其目的在于通过设计合成新型的高性能多功能导电离子凝胶，旨在克服目前柔性可穿戴式应变传感器常用离子凝胶产物纯度不高，制备过程耗能较大，生产工艺相对麻烦等方面的问题。