一种压电凝胶及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种压电凝胶，所述压电凝胶为多孔结构，包括质量比为10:1～100:1的式I化合物以及导电聚合物；其中，所述导电聚合物用于提高所述压电凝胶的物理导电性能，所述式I化合物的结构式为其中，R1为氢、甲基或乙基，R2为羟基、胺基、甲酯、乙酯、乙酯、丁酯、异辛酯、羟乙酯、环氧丙酯、二甲氨乙酯、十六酯或十八酯，所述式I化合物作为弹性凝胶基底，用于在受压时形变从而使得所述导电聚合物中产生离子流动，令所述压电凝胶呈现压电特性。本发明专利技术还公开了该压电凝胶的制备方法。本发明专利技术制备的压电凝胶不仅具有导电以及压电特性，同时还具有生物兼容性，在可移植的压电传感器、换能器以及发电器等方面都具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物材料及压电材料领域，更具体地，设及一种压电凝胶及其制备方 法与应用。
技术介绍
自然界中存在许多运用电能的生物，例如电媛，机体内的离子通过一系列蛋白离 子通道和离子累产生生物电信号。受到生物电信号产生机制的启发，仿生模拟离子通道可 持续性的从周围环境中收获能源，运一方面的研究引起了生物学，化学，材料学W及纳米技 术等的学科交叉。 导电水凝胶是一种智能水凝胶，其通过共聚、交联、接枝、渗杂等方法使电活性分 子形成在高亲水性凝胶内部网络结构之中，集合了凝胶特性和电活性特性。凝胶成分赋予 了复合材料高亲水性、溶胀性、胞内和胞外的生物相容性W及小分子在体系中的高扩散性。 电活性分子赋予了复合材料高导电性、电化学氧化还原性、电机械转换性等。二者的结合突 破了许多电活性材料不能用于生物机体的瓶颈，用于生物组织时，凝胶特性赋予了其良好 的生物相容性和物化相容性，如无细胞毒性；不引起机体过敏，溶血和凝血等现象；同时机 械强度和机体符合，稳定性强。电活性水凝胶可在生物机体内发挥特定性能：1)接收生物 机体所发出的电信号，检测与传感机体的生理功能与代谢；2)发射电信号，刺激与调节生 物机体的生理功能；3)程序化控制微器件在机体发挥功能，如电刺激药物缓释器件；4)形 成电活性组织工程支架，用于神经的修复、替代与再生；5)电刺激控制机体的运动，用于人 工肌肉。 然而，现有技术中的导电水凝胶品种很多，通常W凝胶材料为基底，导电高分子、 碳纳米管、石墨締、金属纳米颗粒等通过共混、渗杂等方法制备，现有研究只考虑其导电性、 电化学特性与生物相容性；而传统的压电材料又不具有生物兼容性。因而，需要开发新的压 电材料从而满足可移植的压电传感器、换能器W及发电器等方面的需求。
技术实现思路
针对现有技术的W上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种压电凝胶，其目的在于 将导电聚合物渗杂于弹性凝胶基底中，使得形成的压电凝胶兼具生物兼容性。 为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种压电凝胶，所述压电凝胶为 多孔结构，包括质量比为10:1~100:1的弹性凝胶基底W及导电聚合物；所述导电聚合物 具有共扼η-键，用于提高所述压电凝胶的物理导电性能，所述弹性凝胶基底具有式I的结 构其中，R1为氨原子、甲基或乙基，R2为径基、胺基、甲醋、乙醋、 乙醋、下醋、异辛醋、径乙醋、环氧丙醋、二甲氨乙醋、十六醋或十八醋，所述弹性凝胶基底用 于在受压时形变从而使得所述导电聚合物中产生离子流动，令所述压电凝胶呈现压电特 性。[000引优选地，所述导电凝胶还包括质量分数为20%~45%的水。 优选地，所述弹性凝胶基底与所述导电聚合物的质量比为13:1~24:1。 优选地，所述弹性凝胶基底为聚甲基丙締酸径乙醋、聚丙締酸、聚丙締酷胺或聚甲 丙締酸径乙醋。 优选地，所述导电聚合物为聚苯胺或聚化咯。 按照本专利技术的另一方面，提供了一种上述压电凝胶的制备方法，包括W下步骤： (1)将凝胶溶液与过硫酸锭溶液混合，使得混合溶液中凝胶单体与过硫酸锭的质 量比为10:1~100:1，完全固化得到弹性凝胶基底；所述凝胶溶液包括60wt. %~80wt. % 的凝胶单体W及0. 〇5wt. %~0. 2wt. %的交联剂；所述凝胶单体具有式II的结巾1其 中，Ri为氨原子、甲基或乙基，R2为径基、胺基、甲醋、乙醋、乙醋、下醋、异辛醋、径乙醋、环氧 丙醋、二甲氨乙醋、十六醋或十八醋； (2)将所述弹性凝胶基底浸泡于导电聚合物单体的乙醇溶液中，使得所述导电聚 合物单体渗透入所述弹性凝胶基底，并发生聚合反应，得到所述压电凝胶，所述导电聚合物 单体的乙醇溶液中，所述导电聚合物单体的质量分数为5%~15%。 优选地，所述步骤（1)中的固化溫度为〇°c~10°C，W免反应溫度过高使得压电凝 胶中孔的密度和体积过大，从而影响压电的凝胶机械性能和弹性性能，所述过硫酸锭溶液 的质量分数为15%~30%。 优选地，所述步骤（1)中的交联剂为二甲基丙締酸乙二醇醋或二丙締酸乙二醇 醋。 优选地，所述步骤（1)中的凝胶溶液或过硫酸锭溶液还包括质量为所述凝胶单体 的1 %~2%的催化剂。 作为进一步优选地，所述催化剂为N，N，Ν'，Ν' -四甲基乙二胺或二亚乙基Ξ胺。 优选地，在步骤（2)之后，还包括步骤（3)，将所述压电凝胶洗涂后，浸泡于中性电 解质溶液中保存。 作为进一步优选地，所述步骤（3)中所述洗涂的方法具体为，将所述压电凝胶依 次浸泡于60wt%~Owt%且质量分数依次递减的乙醇溶液中各化~化，W免压电凝胶内部 产生的应力导致其破碎，直至所述压电凝胶完全恢复弹性。 按照本专利技术的另一方面，还提供了一种上述压电凝胶在可移植的压电传感器、压 电换能器w及压电发电器中的应用。 总体而言，通过本专利技术所构思的W上技术方案与现有技术相比，由于利用聚丙締 酸及其衍生物类水凝胶为基底负载导电聚合物，能够取得下列有益效果： 1、通过将导电聚合物渗透入弹性凝胶基底从而提高压电凝胶的物理导电性能，压 电凝胶在承受压力时，导电聚合物发生P型渗杂使其主链失去电子，同时伴随对负离子的 嵌入，电子与负离子的流动产生电流，使得压电凝胶呈现压电特性； 2、利用过硫酸锭使得凝胶单体聚合发生氧化聚合反应，反应过程中，过硫酸锭释 放氨气，在凝胶内部构造微纳米结构的气孔，使得制备的压电凝胶具有多孔结构，从而具有 良好的弹性； 3、优选利用浓度依次递减的乙醇溶液洗涂制备完成的压电凝胶，使得压电凝胶在 洗涂过程中结构不被破坏； 4、本专利技术的压电凝胶不仅具有导电W及压电特性，同时还具有生物兼容性，可W 作为可移植的应力应变传感器，凝胶发电材料等，具有广泛的应用前景。【附图说明】 图1为本专利技术压电水凝胶的结构W及压电原理示意图；[002引图2为实施例1中具有压电特性的弹性体水凝胶的的场发射扫描电镜结果图； 图3为实施例1中压缩应力产生压电电流的结果数据图； 在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-电极，2-导 电凝胶，3-正离子，4-负离子。【具体实施方式】 为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本专利技术，并 不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所设及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可W相互组合。 本专利技术的一个方面，提供了一种压电凝胶，所述压电凝胶为多孔结构，包括质量比 为10:1~100:1 (优选为13:1~24:1)的式I化合物W及导电聚合物，此外，还包括质量 分数为20 %~45 %的水；所述导电聚合物具有共扼31 -键，用于提高所述压电凝胶的物理 导电性能，例如聚苯胺或聚化咯，所述式I化合物的结构式为其中，Ri为 氨、甲基或乙基，R2为径基、胺基、甲醋、乙醋、乙醋、下醋、异辛醋、径乙醋、环氧丙醋、二甲氨 乙醋、十六醋或十八醋，例如聚甲基丙締酸径乙醋、聚丙締酸、聚丙締酷胺或聚甲丙締酸径 乙醋等聚丙締酷胺类或聚丙締酷胺衍生物凝胶都为式I化合物，所述式I化合物作为弹性 凝胶基底，用于在受压时形变从而使得所述导电聚合物中产生离子流动，令所述压电凝胶 呈现压电特性。 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电凝胶，其特征在于，所述压电凝胶为多孔结构，包括质量比为10:1～100:1的弹性凝胶基底以及导电聚合物；其中，所述弹性凝胶基底具有式I的结构其中，R1为氢原子、甲基或乙基，R2为羟基、胺基、甲酯、乙酯、乙酯、丁酯、异辛酯、羟乙酯、环氧丙酯、二甲氨乙酯、十六酯或十八酯，所述弹性凝胶基底用于在受压时形变从而使得所述导电聚合物中产生离子流动，令所述压电凝胶呈现压电特性。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨光，石志军，赵维玮，李思祥，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42