【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种高性能离子凝胶及其制备方法和应用，属于传感器材料。
技术介绍
1、持续监测生物温度对于传递重要的健康信息至关重要，在监测生物温度方面热电偶等热传感器广泛应用，然而，由于生物体皮肤娇嫩，使用这些热传感器进行长时间温度监测可能会对身体造成伤害，目前柔性热传感器的发展有望解决该问题。
2、柔性热传感器广泛应用于航空航天、工业和其他各个领域，但环境稳定性、响应时间和热灵敏度等问题制约了它们的持续发展。近年来，使用水凝胶和离子凝胶等材料的柔性热传感器得到了发展，然而基于水凝胶的热传感器面临着环境稳定性方面的挑战，主要原因是水凝胶含水量高，导致不可避免的水分蒸发，这种溶剂损失会改变离子传导性，使设备在干燥条件下的实用性降低，采用了离子液体作为溶剂的离子凝胶可以解决水分蒸发问题，所制作的传感器具有更强的环境稳定性，但是纯离子凝胶的传热途径受到限制，只能依靠聚合物链内的振动，导致热响应时间延长的问题，因此，目前尚需要开发一种既具有出色的环境稳定性又具有快速反应能力的柔性传感器。
3、在柔性基材中引入导热填料是一种实用的解决方案，在柔性聚合物基材中加入导热填料可增强柔性材料内部的传热机制，这种转变超越了聚合物链之间简单的振动传热，涵盖了各种传热机制，包括填料之间、填料与基底之间以及不同基底成分之间的相互作用，这大大缩短了传热时间。近年来，导热填料与柔性基底的集成趋势日益明显，然而，这些柔性基底主要是pdms、pvdf等导电性差、电阻变化极小的材料，虽然加入导电填料缩短了响应时间，但存在灵敏度仍然不高的问题，通
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本申请设计了一种以离子液体为溶剂、cnts为导热填料的柔性热传感器，聚合物网络中离子液体的存在增强了热稳定性，而cnts则建立了双重热传导途径(cnts-cnts和cnts-聚合物链段)，从而实现了快速的热响应时间，离子液体在高温下开始解离，提高了载流子密度，从而大幅改善了热灵敏度。此外，这种材料还具有显著的自愈特性，从而延长了柔性传感器的使用寿命。利用这种材料开发了一种用于测量生物温度的柔性温度计，可以降低尖锐表面造成伤害的风险。利用这种材料还可以制造热驱动机器人，为人类在极端环境下的操作提供了一种极具吸引力的解决方案。
2、本申请采用如下技术方案：
3、根据本申请的一个方面，提供了一种
4、一种高性能离子凝胶，所述高性能离子凝胶包括离子凝胶基材和导热填料；
5、所述导热填料填充在离子凝胶基材中；
6、所述导热填料表面吸附有单宁酸；
7、所述离子凝胶基材包括聚合物骨架和离子液体；
8、所述离子液体、导热填料、聚合物骨架之间通过氢键和离子键连接形成复合聚合物网络。
9、可选地，所述导热填料选自cnts、石墨烯中的至少一种。
10、可选地，所述离子液体选自1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3甲基咪唑甲磺酸盐中的至少一种。
11、可选地，聚合物骨架的材质选自丙烯酸类聚合物、丙烯酸酯聚合物中的至少一种。
12、可选地，所述丙烯酸类聚合物选自丙烯酸聚合物。
13、可选地，所述丙烯酸酯聚合物选自丙烯酸丁酯聚合物。
14、可选地，所述高性能离子凝胶中聚合物的含量为20～40wt％。
15、可选地，所述高性能离子凝胶中聚合物的含量选自20wt％、25wt％、30wt％、35wt％、40wt％中的任意值，或任意两者间的范围值。
16、可选地，所述高性能离子凝胶中聚合物的含量优选为30％。
17、可选地，所述高性能离子凝胶中导热填料的含量为0.1～0.5wt％。
18、可选地，所述高性能离子凝胶中导热填料的含量选自0.1wt％、0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％中的任意值，或任意两者间的范围值。
19、可选地，所述高性能离子凝胶中导热填料的含量优选为0.5wt％。
20、可选地，所述高性能离子凝胶的热阻系数为0.24～12.04％/℃。
21、可选地，所述高性能离子凝胶在切断并自愈后，导电率、拉伸强度、应力的恢复率独立地大于90％。
22、根据本申请的另一方面，提供了一种上述的高性能离子凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
23、向含有单宁酸、离子液体的混合液中，加入导电填料，超声处理，得到含有导电填料的分散液，然后向含有导电填料的分散液中加入交联剂、引发剂，超声处理后加入单体，固化得到所述高性能离子凝胶。
24、可选地，所述离子液体、单宁酸、导电填料的重量比为1：(0.0001～0.0008)：(0.001～0.008)。
25、可选地，所述交联剂选自n，n'-亚甲基双丙烯酰胺、pegda中的至少一种。
26、可选地，所述引发剂选自过硫酸铵、偶氮二异丁腈中的至少一种。
27、可选地，所述所述单体选自丙烯酸类单体、丙烯酸酯单体中的至少一种。
28、可选地，所述固化的条件包括：在75～95℃下固化0.5～2h。
29、可选地，离子液体、单体、交联剂、引发剂的重量比为1：(0.2～0.4)：(0.0005～0.0035)：(0.0001～0.0011)。
30、根据本申请的另一方面，提供了一种上述的高性能离子凝胶作为热电材料在柔性温度传感器、柔性可穿戴热传感器、热驱动机器人中的应用。
31、本申请中，使用高热稳定性离子液体--1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(>350℃)作为溶剂，并采用热稳定性高的聚丙烯酸作为聚合物骨架来制造离子凝胶，从而确保材料具有超强的热稳定性，离子液体的粘度会随着温度的升高而降低，在高温下会引发离子解离，从而显著提高离子传导性，从可以实现5.059℃/％的高热灵敏度。cnts的高长径比促进了它们之间的相互连接，从而建立了两种不同的热传导模式：cnts-cnts、cnts-聚合物链，这导致了快速的热响应(16秒)特别是，当cnts分散在单宁酸离子液体溶液中时，它们会通过氢键和离子键与丙烯酸接触，从而形成坚固的凝胶网络，此外，在广泛的氢键相互作用和强大的静电相互作用的驱动下，以这种方式合成的t-cnt表现出卓越的自愈能力，这种掺杂cnts的离子凝胶是柔性热传感器的理想候选材料，具有巨大的潜力。
32、本申请能产生的有益效果包括：
33、本申请提供的柔性t-cnt热传感器，它具有灵敏度高、响应速度快和自愈能力强的特点，有效g服了传统柔性热传感器环境稳定性差、响应速度慢和热灵敏度低的局限性。此外，本申请还将其设计为用于监测生物体温的可穿戴温度计，从而降低了刚性温度计的相关风险。并且通过创新的结构设计，本申请还公开了一种热驱动软体机器人本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高性能离子凝胶，其特征在于，所述高性能离子凝胶包括离子凝胶基材和导热填料；
2.根据权利要求1所述的高性能离子凝胶，其特征在于，所述导热填料选自CNTs、石墨烯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的高性能离子凝胶，其特征在于，所述离子液体选自1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3甲基咪唑甲磺酸盐中的至少一种；
4.根据权利要求1所述的高性能离子凝胶，其特征在于，所述高性能离子凝胶中聚合物的含量为20～40wt％。
5.根据权利要求1所述的高性能离子凝胶，其特征在于，所述高性能离子凝胶中导热填料的含量为0.1～0.5wt％。
6.根据权利要求1所述的高性能离子凝胶，其特征在于，所述高性能离子凝胶的热阻系数为0.24～12.04％/℃。
7.根据权利要求1所述的高性能离子凝胶，其特征在于，所述高性能离子凝胶在切断并自愈后，导电率、拉伸强度、应力的恢复率独立地大于90％。
8.权利要求1至7任一项所述的高性能离子凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
9.根据权利要求8
10.权利要求1至7任一项所述的高性能离子凝胶作为热电材料在柔性温度传感器、柔性可穿戴热传感器、热驱动机器人中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种高性能离子凝胶，其特征在于，所述高性能离子凝胶包括离子凝胶基材和导热填料；
2.根据权利要求1所述的高性能离子凝胶，其特征在于，所述导热填料选自cnts、石墨烯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的高性能离子凝胶，其特征在于，所述离子液体选自1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3甲基咪唑甲磺酸盐中的至少一种；
4.根据权利要求1所述的高性能离子凝胶，其特征在于，所述高性能离子凝胶中聚合物的含量为20～40wt％。
5.根据权利要求1所述的高性能离子凝胶，其特征在于，所述高性能离子凝胶中导热填料的含量为0.1～0.5wt％。
6.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴立冬，秦海洋，李佩怡，
申请(专利权)人：中国水产科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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