[发明专利]一种溶液调控改性离子导电水凝胶及其制备方法、应用

说明书

本发明提供了一种溶液调控改性离子导电水凝胶及其制备方法、应用，所述溶液调控改性离子导电水凝胶的制备方法包括：将PVA水溶液加入羧化后的壳聚糖溶液中，再加入丙烯酰胺，水溶性引发剂和共价交联剂混合搅拌，加热反应得到水凝胶前躯体；将所述水凝胶前躯体重复循环冷冻得到三重网络水凝胶基体；将完全溶胀的三重网络水凝胶基体陈化处理，置于含有氯化锂、甘油的水浸渍液中进行离子交换后取出。本发明的制备方法实现了通过延时分离一定温度范围内的温度‑力学信号实现对双信号的监测，并且后续组装后的柔性传感器能够同时监控人体运动及皮肤的温度。

技术领域

本发明涉及离子导电水凝胶制备领域，具体而言，涉及一种溶液调控改性离子导电水凝胶及其制备方法、应用。

背景技术

近年来，随着互联网与物联网的高速发展，柔性传感器因其高灵敏度、快速响应、便携及舒适性等特点已逐渐成为研究的热点，在新兴的智能家居、可穿戴设备、智能移动终端等领域的应用突飞猛进，大幅扩展了应用空间，国家对此日益重视，出台了一系列政策，支持柔性传感器行业发展。柔性传感器克服了传统的刚性电子传感器硬而脆缺点，具有更优的灵活性、延展性、灵敏度和更小的体积，通过对环境中参数的检测，如温度、湿度、压力、形变等，将其转化为电信号，对于满足生物电子学、电子皮肤、健康监测和其他现代电子设备日益增长的需求有重要意义。

不同于传统的柔性导电材料，导电水凝胶具有类似天然生物组织的网络结构，表现出接近人体皮肤及器官相近的机械性能和生理特征，使其成为人机界面的理想载体之一。赋予水凝胶导电性的主要策略是向其中引入导电性的材料，主要分为电子导电水凝胶和离子导电水凝胶两类。

电子导电水凝胶为水凝胶内部的自由电子在电场作用下定向移动从而实现导电，其制备方法主要可分为两种：一是以导电聚合物为单体，构建导电水凝胶网络，这些导电聚合物能够通过共价键或者物理交联的亲水结构形成导电水凝胶网络；二是在水凝胶内引入电子导电纳米材料如石墨烯、碳纳米管和银纳米线等。但对于有掺杂电子导电材料的水凝胶而言，体系中的导电材料在变形过程中不能像水凝胶网络基体一样承受较大的应变。当形变过大时，相连的导电高分子网络或者桥接的纳米材料间会发生不可逆转的分离，导致体系导电性能显著下降且难以恢复。

为了适应于传感器及能量储存方向的应用，拓宽水凝胶的应用范围，离子导电水凝胶吸引了研究者们的注意。当水凝胶受到压力在某一方向尺度上发生形变后，此方向上端面距离变化，导致离子运动距离变化，电阻随之变化；压力撤去后水凝胶形状恢复，电阻值也随之恢复；此外，离子导电水凝胶相较于包覆或掺杂了电子导电材料的水凝胶相比，有着较高的生物相容性，使其有潜力应用于生物医学领域。

然而现有技术中，针对离子导电水凝胶柔性应变及压力传感器的制备方法有很多，可是普遍存在制备原料繁多、制备工艺复杂、生产效率偏低的问题，并且水凝胶复合材料的功能性应用方面比较单一，导致其应用价值不高。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种溶液调控改性离子导电水凝胶的制备方法，该制备方法通过改性高强度多重网络水凝胶体系溶液中的导电相及溶剂相，依靠可调控的离子导电信号制备了可满足压力-温度双信号传感需求的传感器，不仅改善了其在实际应用环境过程中的耐久性能，而且在水凝胶复合材料的多功能化及运用方面也具有重要的研究意义和实际应用价值。

本发明的第二目的在于提供上述制备方法制备得到的溶液调控改性离子导电水凝胶，该水凝胶材料通过溶液调控，在0-9kPa的压力范围内具有线性灵敏度，系数可达4.165kPa^-1以上，且具有良好的多次循环稳定性及恢复性，且在25-50℃的温度范围呈现电阻信号的线性变化，灵敏度达到2.042％/℃，提高了该材料的进一步应用价值。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供了一种溶液调控改性离子导电水凝胶的制备方法，包括如下步骤：