柔性导电水凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了柔性导电水凝胶及其制备方法和应用，其中柔性导电水凝胶原料包括氢键单体、导电填充材料、光引发剂和水，所述氢键单体包括2

【技术实现步骤摘要】
柔性导电水凝胶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及导电水凝胶
，具体而言，涉及柔性导电水凝胶及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]柔性可拉伸电子产品通常指在存在一定范围的机械形变条件下，比如弯曲、折叠、扭曲、压缩、拉伸等，仍然可以保持正常工作的一类电子产品。这些电子产品不仅可以满足弯曲、折叠、扭曲、压缩、拉伸的要求，甚至具有变形为任意形状的能力，大力推动了柔性传感器、折叠式显示器、电子皮肤、智能服装、可拉伸太阳能电池和弹性体致动器等产品的开发。具有高延展性和高灵敏度的柔性可穿戴应变传感器在人体健康实时监测、智能人机交互、柔性机器人和人造电子皮肤等方面有着巨大的应用潜力和应用价值。通过将柔性可穿戴应变传感器附加在衣物上或直接贴覆于人体皮肤表面，实现个体的脉搏、血压、呼吸等生理健康信号实时监测，并将数据传输到医疗服务设备和机构处，帮助医生或家属对病人的健康状况进行及时的判断。
[0003]导电水凝胶作为一种新型的电子功能材料备受瞩目。导电水凝胶主要包含交联的亲水性基材和导电填充材料(金属纳米颗粒、碳基材料、导电聚合物、离子等)，通过精心组合并优化各种导电组分和不同种类的聚合物基质，可以获得物理化学性质大范围可调控或刺激响应性的导电水凝胶材料。导电水凝胶独特的多孔微结构，大比面积，优越的导电能力和电化学活性，展现出卓越的功能，并通过各种聚合物化学和高分子加工技术赋予导电水凝胶具有可设计性和可调控性，既可作为电极，也可作为电解质，可用于柔性传感器、环境工程、生物医学设备、智能药物递送体系、柔性能量储存装备等。其中，柔性传感器可将压力、温度和湿度等外部刺激转换为电信号，具有广阔的应用前景，包括可穿戴电子、健康检测和植入式医学电子材料等。目前已报道的水凝胶应变传感器普遍具有较大的应变测量范围，使用寿命长，设计及制备方便等优点。然而，水凝胶应变传感器仍存在机械强度小、延展性差、灵敏度低和线性范围低等问题，并且这些性能难以同时满足，制约着可穿戴应变传感器的发展。为了提高柔性传感器的性能，迫切需要开发集合优秀的拉伸性、高灵敏度和宽线性范围于一体的水凝胶传感器。
[0004]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供柔性导电水凝胶及其制备方法和应用。
[0006]本专利技术是这样实现的：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种柔性导电水凝胶，原料包括氢键单体、导电填充材料、光引发剂和水，所述氢键单体包括2
‑
脲基
‑
4[1H]‑
嘧啶酮和丙烯酰基丝氨酰胺中的至少一种。
[0008]在可选的实施方式中，按重量份数计，包括氢键单体15～55份，导电填充材料0.1
～0.5份，光引发剂0.03～0.15份和水45～85份。
[0009]在可选的实施方式中，按重量份数计，包括：氢键单体20～50份，导电填充材料0.1～0.3份，光引发剂0.05～0.1份和水30～50份。
[0010]在可选的实施方式中，所述导电填充材料选自石墨烯、碳纳米管、Ti3C2Tx、Nb2CTx、Ti4N3Tx、Ti3CNTx中的至少一种。
[0011]在可选的实施方式中，所述光引发剂选自苯基
‑
2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基次膦酸锂、2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
[4
‑
(2
‑
羟基乙氧基)苯基]‑1‑
丙酮中的至少一种。
[0012]第二方面，本专利技术提供一种柔性导电水凝胶的制备方法，包括：
[0013]混料，按前述实施方式任一项所述柔性导电水凝胶的原料混合，得到预聚物溶液；
[0014]固化，对所述预聚物溶液进行紫外光固化，得到柔性导电水凝胶。
[0015]在可选的实施方式中，所述紫外光固化的时间为2min～30min。
[0016]在可选的实施方式中，所述紫外光的光强度为10Mw/cm2～20Mw/cm2。
[0017]第二方面，本专利技术提供一种前述实施方式任一项所述柔性导电水凝胶在应变传感器领域中的应用。
[0018]本专利技术具有以下有益效果：
[0019]1.本专利技术的柔性导电水凝胶由于氢键作用和有机
‑
无机复合作用，展示出优良的机械性能和粘合性能，具有良好的延展性能、高强度和低模量；同时导电填充物均匀分散在网络结构中，导电水凝胶具有高导电率、高灵敏度以及宽线性范围。
[0020]2.本专利技术的柔性导电水凝胶制备方法简单易行，原料精简，在室温下就能制备完成。
[0021]3.本专利技术的柔性导电水凝胶应用于传感器，保证了水凝胶应变传感器的灵敏性和准确性。
[0022]4.本专利技术的柔性导电水凝胶中的氢键单体包括2
‑
脲基
‑
4[1H]‑
嘧啶酮和丙烯酰基丝氨酰胺中的至少一种，2
‑
脲基
‑
4[1H]‑
嘧啶酮和丙烯酰基丝氨酰胺箱壁与其他的氢键单体，在可拉伸性能、导电性能、灵敏度以及粘接性能方面均具有优势。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0024]图1为本专利技术制备的导电水凝胶机械性能测试图；
[0025]图2为本专利技术实施例制备的导电水凝胶拉伸状态下灵敏度；
[0026]图3位本专利技术实施例制备的导电水凝胶在不同基材上的粘合强度；
[0027]图4为本专利技术实施例制备的不同含量的导电填充物的导电水凝胶导电性能测试图。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中
的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0029]本实施例提供一种柔性导电水凝胶，原料包括氢键单体、导电填充材料、光引发剂和水，所述氢键单体包括2
‑
脲基
‑
4[1H]‑
嘧啶酮和丙烯酰基丝氨酰胺中的至少一种。
[0030]本实施例中的柔性导电水凝胶由光照射形成，所述水凝胶内部通过氢键作用和分子间作用力连接形成网格结构，所述导电填充材料分散在所述网格结构中。水凝胶内部由于氢键作用和分子间作用力，赋予其高延展性、高强度和耐疲劳性。
[0031]在可选的实施方式中，按重量份数计，包括氢键单体15～55份，导电填充材料0.1～0.5份，光引发剂0.03～0.15份和水45～85份。
[0032]在可选的实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性导电水凝胶，其特征在于，原料包括氢键单体、导电填充材料、光引发剂和水，所述氢键单体包括2
‑
脲基
‑
4[1H]
‑
嘧啶酮和丙烯酰基丝氨酰胺中的至少一种。2.根据权利要求1所述的柔性导电水凝胶，其特征在于，按重量份数计，包括氢键单体15～55份，导电填充材料0.1～0.5份，光引发剂0.03～0.15份和水45～85份。3.根据权利要求1所述的柔性导电水凝胶，其特征在于，按重量份数计，包括：氢键单体20～50份，导电填充材料0.1～0.3份，光引发剂0.05～0.1份和水30～50份。4.根据权利要求1所述的柔性导电水凝胶，其特征在于，所述导电填充材料选自石墨烯、碳纳米管、Ti3C2Tx、Nb2CTx、Ti4N3Tx、Ti3CNTx中的至少一种。5.根据权利要求1所述的柔性导电水凝胶，其特征在于，所述光引发剂选自苯基
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【专利技术属性】
技术研发人员：曾志文，肖将尉，于珊，国翠平，裴大婷，鲁道欢，
申请(专利权)人：广东省科学院生物与医学工程研究所，
类型：发明
国别省市：