一种多功能柔性导电有机水凝胶的制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种多功能柔性导电有机水凝胶的制备方法和应用，本发明专利技术以壳聚糖、丙烯酸、[2

【技术实现步骤摘要】
一种多功能柔性导电有机水凝胶的制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种导电有机水凝胶的制备方法和应用，尤其涉及一种多功能柔性导电有机水凝胶的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着科技的进步和发展，人们对于电子产品的需求也越来越高，尤其是具有优异导电性和柔性的电子设备，他们在实现人机交互、软机器人等方面发挥了重要的作用。然而，导电水凝胶传感器在实际应用过程中仍然存在着问题。例如，灵敏性降低、信号传输不稳定，应用范围极窄，缺乏便携性等等。因此，制备性能优异且能够多功能应用的复合水凝胶成为目前发展的趋势。
[0003]同时，随着可穿戴传感器的日益普及，它的便携性、智能性、耐用性也得到了人们的关注。既能实时传感，又能进行能量收集实现设备多功能应用的摩擦电纳米发电机(TENG)故而得到了人们的青睐。非接触式柔性器件成为物联网技术应用的首选，这种器件能够使人们在不相互接触的情况下直接进行手势识别，避免了病毒在人们之间的传播，甚至可以满足人们在特殊情况下如黑暗环境中传感检测的需求。因此，具有多种功能集成的柔性电子设备将在下一代智能传感领域有着极为重要的位置。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种多功能柔性导电有机水凝胶的制备方法，制备方法简单，操作方便，制备出的复合水凝胶具有良好的粘附性、抗冻保湿性能和多种有趣的传感应用。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种多功能柔性导电有机水凝胶的制备方法，包括如下步骤：S1)将壳聚糖溶解在酸性的去离子水中，于室温下搅拌获得均匀溶液；S2)将丙烯酸、[2
‑
(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基
‑
(3
‑
磺基丙基)氢氧化铵和LiCl添加到上述溶液中，继续在室温下搅拌；将丙烯酸
‑2‑
甲氧乙基酯溶解在二甲基亚砜中，混合均匀后加入到上述混合溶液中；S3)在上述混合溶液中继续添加光引发剂2
‑
羟基
‑
4'
‑
(2
‑
羟基乙氧基)
‑2‑
甲基苯乙酮和交联剂N，N
‑
亚甲基双丙烯酰胺，并磁力搅拌；S4)将步骤S3得到的混合溶液真空脱气，采用紫外线照射进行光聚合得到多功能柔性导电有机水凝胶。
[0006]进一步地，所述步骤S1的去离子水中含有2％醋酸，所述壳聚糖的质量分数为2％
‑
5％，搅拌时间为2h
‑
5h。
[0007]进一步地，所述丙烯酸与壳聚糖的质量比为8:1
‑
15:1；所述[2
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(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基
‑
(3
‑
磺基丙基)氢氧化铵与壳聚糖的质量比为3:1
‑
6:1；所述LiCl与壳聚糖的质量比为1:1
‑
3:1；所述丙烯酸
‑2‑
甲氧乙基酯与[2
‑
(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基
‑
(3
‑
磺基丙基)氢氧化铵的质量比为1：1
‑
2：1；所述二甲基亚砜与去离子水的比例为1：2
‑
2：1。
[0008]进一步地，所述光引发剂2
‑
羟基
‑
4'
‑
(2
‑
羟基乙氧基)
‑2‑
甲基苯乙酮的质量为丙
烯酸的1
‑
5wt％，所述交联剂N，N
‑
亚甲基双丙烯酰胺的质量为丙烯酸的0.3
‑
1.5％。
[0009]进一步地，所述步骤S5中紫外光照射时间为15
‑
45min。
[0010]进一步地，所述步骤S2中的搅拌时间为30min
‑
120min，所述步骤S3中的搅拌时间为1h
‑
3h，所述步骤S4在惰性气体或氮气保护下，采用紫外线照射进行光聚合。
[0011]本专利技术的另一个目的是提供一种多功能柔性导电有机水凝胶，由上述的制备方法制得。
[0012]本专利技术的第三个目的是提供上述多功能柔性导电有机水凝胶在人工智能和柔性电子技术中的应用。包括：
[0013]提供一种摩擦电纳米发电机，由上述步骤S4得到的水凝胶与Ecoflex薄膜按三明治夹芯结构组装而成。
[0014]提供一种电容式非接触传感器，由上述步骤S4得到的水凝胶与Ecoflex薄膜通过层层堆叠的方式得到；堆叠层数为3或4层。
[0015]进一步地，所述Ecoflex薄膜由Ecoflex的A,B组分按1：1均匀混合，并在高温下放置20min
‑
60min形成。
[0016]本专利技术对比现有技术有如下的有益效果：本专利技术提供的多功能柔性导电有机水凝胶的制备方法和应用，制备方法简单，操作方便；制备出的复合水凝胶具有良好的粘附性和抗冻保湿性能，满足多种有趣的传感应用，能够与Ecoflex薄膜组装成摩擦电纳米发电机(TENG)或电容式非接触传感器。具体优点如下：
[0017]1、本专利技术的柔性导电粘附抗冻水凝胶为双网络体系，弥补了单网络水凝胶的缺陷，在多次使用之后仍能保持良好的机械性能。并且将天然材料CS结合到水凝胶中，利用离子进行导电，使制备的双网络水凝胶集柔性、粘附性、抗冻保湿性能和导电性于一体，可实时监测人体各项运动，在柔性可穿戴设备、智能人工皮肤等方面有着广阔的应用前景。
[0018]2、本专利技术的多功能柔性导电有机水凝胶与Ecoflex薄膜组装而成的TENG能够灵敏的将机械能转换成电能，并能根据施加力的不同输出不同的电信号，可实现可调节的电压信号。
[0019]3、本专利技术的多功能柔性导电有机水凝胶可与Ecoflex薄膜组装成电容式非接触传感器，并具有稳定而灵敏的感知能力，能够分辨手指与传感器接近的距离。
附图说明
[0020]图1显示了本专利技术制得的水凝胶传感器对人体运动的传感性能示意图。
[0021]图2显示了本专利技术制得的水凝胶与Ecoflex薄膜组装的TENG可收集外界机械能并转换成电能。
[0022]图3显示了本专利技术制得的水凝胶与Ecoflex薄膜组装的电容式非接触传感器可根据电容的变化而识别手指与其的距离。展示了非接触式传感器的传感灵敏性。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的描述。
[0024]本专利技术以壳聚糖(CS)、丙烯酸(AA)、[2
‑
(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基
‑
(3
‑
磺基丙基)氢氧化铵(SBMA)、丙烯酸
‑2‑
甲氧乙基酯(MEA)、LiCl和二甲基亚砜(DMSO)为材料，大
大丰富了复合水凝胶的各种性能。在制备过程中，CS和P(AA
‑
co...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能柔性导电有机水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1)将壳聚糖溶解在酸性的去离子水中，于室温下搅拌获得均匀溶液；S2)将丙烯酸、[2
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(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基
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(3
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磺基丙基)氢氧化铵和LiCl添加到上述溶液中，继续在室温下搅拌；将丙烯酸
‑2‑
甲氧乙基酯溶解在二甲基亚砜中，混合均匀后加入到上述混合溶液中；S3)在上述混合溶液中继续添加光引发剂2
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羟基
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4'
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(2
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羟基乙氧基)
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甲基苯乙酮和交联剂N，N
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亚甲基双丙烯酰胺，并磁力搅拌；S4)将步骤S3得到的混合溶液真空脱气，采用紫外线照射进行光聚合得到多功能柔性导电有机水凝胶。2.如权利要求1所述的多功能柔性导电有机水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤S1的去离子水中含有2％醋酸，所述壳聚糖的质量分数为2％
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5％，搅拌时间为2h
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5h。3.如权利要求1所述的多功能柔性导电有机水凝胶的制备方法，其特征在于，所述丙烯酸与壳聚糖的质量比为8:1
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15:1；所述[2
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(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基
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(3
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磺基丙基)氢氧化铵与壳聚糖的质量比为3:1
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6:1；所述LiCl与壳聚糖的质量比为1:1
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3:1；所述丙烯酸
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甲氧乙基酯与[2
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(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基
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(3<...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁伟忠，周子璇，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：