【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于离子型导电水凝胶，具体涉及一种具有高灵敏检测性能的水凝胶及制备方法与应用。
技术介绍
1、离子型导电水凝胶凭借其独特的三维网状结构和丰富的水含量，在力学性能和导电性方面表现出色。离子型导电水凝胶在柔性超级电容器、传感器、软体机器人、仿生电子皮肤等柔性可穿戴电子设备领域广泛应用。
2、虽然，离子型导电水凝胶有效地促进了可穿戴电子器件的快速发展，但现有离子型导电水凝胶普遍存在机电响应性能不足的问题，这严重影响了离子导电水凝胶在可穿戴电子器件中的应用。
3、尽管过去一段时间大量的研究工作常尝试通过提高力学性能、导电性或特殊结构设计的方法尝试提升离子型导电水凝胶的机电响应性能，但却并未取得显著效果，反而增加的复杂制备工艺更不利于大规模的生产。
技术实现思路
1、专利技术目的：为了解决上述问题，本专利技术提供了一种具有高灵敏检测性能的水凝胶及制备方法与应用。
2、技术方案：一种具有高灵敏检测性能的水凝胶制备方法，包括以下步骤：
3、步骤一、分别制备壳聚糖溶液、功能单体混合溶液、以及锌盐溶液。
4、所述步骤一中制备壳聚糖溶液包括以下步骤：
5、将定量的酸加入去离子水中，在35～40℃下，800～900rpm转速下搅拌，持续搅拌0.8～1.0h；
6、然后加入壳聚糖，维持温度不变，搅拌速度提高到1500～1600rpm，持续搅拌1.0～3.0h，直至壳聚糖完全溶解在去离子水中，自然冷却至室温，即得到
7、其中，壳聚糖、去离子水、以及酸的质量比为(1.0～5.0)：100：(1.0～10.0)。
8、优选地，所述酸为冰醋酸或稀盐酸。
9、优选地，所述壳聚糖分子量为50～500mpa·s。
10、所述步骤一中制备功能单体混合溶液包括以下步骤：
11、将定量的甲基丙烯酸与丙烯酰胺溶解在去离子水中，溶解温度为25℃，在300～400rpm转速下搅拌，持续搅拌0.5～1h，得到功能单体混合溶液；
12、其中，甲基丙烯酸、丙烯酰胺、以及去离子水的质量比为(1.0～4.0)：(1.0～4.0)：2.0。
13、所述步骤一中制备锌盐溶液包括以下步骤：
14、将定量的锌盐与去离子水混合，在搅拌速度400～500rpm，搅拌温度25℃，搅拌时间0.5～1h的条件下搅拌，得到锌盐溶液；
15、其中，锌盐与去离子水的质量比为(0.1～0.6)：1.0。
16、优选地，所述锌盐为硫酸锌七水合物、硫酸锌一水合物或硫酸锌铵中的其中一个。
17、步骤二、向壳聚糖溶液中缓慢滴加功能单体混合溶液，滴加完毕后进行搅拌，得到第一混合溶液；其中，壳聚糖溶液与功能单体混合溶液的质量比为4.0：(1.0～6.0)。
18、所述步骤二中滴加的时间为：2.0～2.5h；搅拌的条件为：搅拌速度1000～1200rpm，搅拌温度25℃，搅拌时间6.0～8.0h。
19、步骤三、向第一混合溶液中缓慢滴加锌盐溶液，滴加完毕后进行搅拌，得到第二混合溶液；其中，第一混合溶液与锌盐溶液的质量比为5：(0.1～0.5)。
20、所述步骤三中滴加的时间为0.5～1h；搅拌的条件为：搅拌速度1000～1200rpm，搅拌3～4.0h。
21、步骤四、向第二混合溶液中缓慢滴加引发剂，滴加完毕后得到第三混合溶液；其中，第二混合溶液与引发剂的质量比为100：(1.0～3.0)。
22、所述步骤四中滴加的时间为0.5～1h；搅拌的条件为：搅拌速度1000～1200rpm，搅拌0.5～1h。
23、优选地，所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵或过硫酸铈中的其中一个。
24、步骤五、对第三混合溶液加热并搅拌后，冷却至室温，得到水凝胶。
25、所述步骤五中加热和搅拌的条件为：加热温度为45～55℃，搅拌时间6.0～8.0h。
26、在另一技术方案提供了一种具有高灵敏检测性能的水凝胶，由上述的一种具有高灵敏检测性能的水凝胶制备方法制备得到。
27、在另一个技术方案提供了一种如上述的具有高灵敏检测性能的水凝胶在柔性可穿戴电子设备中的应用。
28、根据本专利技术提供的具有高灵敏检测性能的天然高分子导电水凝胶的制备方法，其关键专利技术点在于，以天然高分子壳聚糖、甲基丙烯酸、丙烯酰胺和锌盐为主要原料，以引发剂、酸和去离子水为辅助原料，通过自由基聚合发在25～55℃，分七步进行，最后冷却，制得目标水凝胶。本专利技术制备方法简单易操作，一锅法即可完成，水体系无污染无残留，所使用合成方法环保，便于大规模生产制备。
29、有益效果：
30、(1)本专利技术制备的水凝胶以天然高分子壳聚糖为骨架结构、以甲基丙烯酸和丙烯酰胺为功能单体共同构建具有多孔网络结构天然高分子水凝胶，使得水凝胶具有优异的力学性能；
31、(2)本专利技术制备的水凝胶的高分子网络结构中同时存在带有相反电性的官能团结构氨基和羧基，氨基与羧基间通过静电相互作用能够在水凝胶网络结构中形成水分子“牢笼”，有效束缚凝胶中的水分子运动，进而提高水分子解离能，使得水凝胶中水分子耐受电压值增高，实现水凝胶工作电压范围突破水分解电压1.23v的限制，最大耐受电压值达到2.4v，稳定工作电压范围0～2.4v；
32、(3)本专利技术制备的水凝胶的原材料为天然高分子壳聚糖、甲基丙烯酸、丙烯酰胺和锌盐，所使用原料具有低毒性、易生物降解和安全性高等优点；通过调控甲基丙烯酸和丙烯酰胺的比例能够有效调控水凝胶力学性能，满足不同应用需求；以锌盐为电解质，锌盐在水凝胶体系中以离子的形式存在，能够在水凝胶的多孔网络中自由迁移，赋予水凝胶优异的离子导电性；
33、(4)基于本专利技术制备的水凝胶具有的优异的力学性能和离子导电性，以其为应力应变传感器，展现出了优异的机电响应特性，对于外力作用的强度、频率、速度、次数、周期及外力作用过程，都能够通过电信号的形式反馈，实现对于外力作用的实时检测；基于水凝胶的这种机电响应特性，可以用于对人体关节和肢体健康的检测、仿生机器操控、电子皮肤及其他柔性可穿戴电子器件中；
34、(5)基于本专利技术制备的水凝胶具有的宽泛的耐受电压范围，通过提高应力检测过程中的工作电压值能够显著提升水凝胶的应力应变检测灵敏度；以其为应力应变传感器，通过对比能够发现在高工作电压检测条件下，水凝胶对应力应变检测灵敏度明显高于在低工作电压检测条件下的检测灵敏度，检测最小应力值也有显著提升。
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1.一种具有高灵敏检测性能的水凝胶制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种具有高灵敏检测性能的水凝胶制备方法，其特征在于，所述步骤一中制备壳聚糖溶液包括以下步骤：
3.如权利要求1所述的一种具有高灵敏检测性能的水凝胶制备方法，其特征在于，所述步骤一中制备功能单体混合溶液包括以下步骤：
4.如权利要求1所述的一种具有高灵敏检测性能的水凝胶制备方法，其特征在于，所述步骤一中制备锌盐溶液包括以下步骤：
5.如权利要求1所述的一种具有高灵敏检测性能的水凝胶制备方法，其特征在于，所述步骤二中滴加的时间为：2.0～2.5h；搅拌的条件为：搅拌速度1000～1200rpm，搅拌温度25℃，搅拌时间6.0～8.0h。
6.如权利要求1所述的一种具有高灵敏检测性能的水凝胶制备方法，其特征在于，所述步骤三中滴加的时间为0.5～1h；搅拌的条件为：搅拌速度1000～1200rpm，搅拌3～4.0h。
7.如权利要求1所述的一种具有高灵敏检测性能的水凝胶制备方法，其特征在于，所述步骤四中滴加的时间为0.5～1
8.如权利要求1所述的一种具有高灵敏检测性能的水凝胶制备方法，其特征在于，所述步骤五中加热和搅拌的条件为：加热温度为45～55℃，搅拌时间6.0～8.0h。
9.一种具有高灵敏检测性能的水凝胶，其特征在于，由如权利要求1至8任一项所述的一种具有高灵敏检测性能的水凝胶制备方法制备得到。
10.一种如权利要求9所述的具有高灵敏检测性能的水凝胶在柔性可穿戴电子设备中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种具有高灵敏检测性能的水凝胶制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种具有高灵敏检测性能的水凝胶制备方法，其特征在于，所述步骤一中制备壳聚糖溶液包括以下步骤：
3.如权利要求1所述的一种具有高灵敏检测性能的水凝胶制备方法，其特征在于，所述步骤一中制备功能单体混合溶液包括以下步骤：
4.如权利要求1所述的一种具有高灵敏检测性能的水凝胶制备方法，其特征在于，所述步骤一中制备锌盐溶液包括以下步骤：
5.如权利要求1所述的一种具有高灵敏检测性能的水凝胶制备方法，其特征在于，所述步骤二中滴加的时间为：2.0～2.5h；搅拌的条件为：搅拌速度1000～1200rpm，搅拌温度25℃，搅拌时间6.0～8.0h。
6.如权利要求1所述的一种具有高灵敏检测性...
【专利技术属性】
技术研发人员：王永天，谢依钒，
申请(专利权)人：苏州壹谱科学仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：
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