【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于柔性传感材料开发，涉及一种生物质基多功能离子-电子型导电水凝胶及其制备方法，及一种应变传感器。
技术介绍
1、随着人们环境保护和健康意识的增强，部分对环境不友好的合成高分子材料逐渐被环境友好型的生物质材料所替代。生物质材料是由动物、植物等生命体衍生所得，由于自身独特的空间构象和化学组成，以及易功能化、亲肤透气、生物相容、可生物降解、环保价廉等诸多优势，在导电水凝胶基柔性传感材料领域显示出巨大的潜力。因此，开发和探索多功能生物质基导电水凝胶是未来柔性传感材料的主要研究方向。
2、明胶具有良好的稳定性、可降解性以及独特的多层级结构和丰富的官能团，因此有助于构筑传感灵敏单元及传感网络，并为可穿戴器件提供良好的舒适性、安全性及高寿命。liu等人（liu c, et al. advanced composites and hybrid materials, 2023, 6(3): 112.）将聚（3，4-亚乙二氧基噻吩）：聚（苯乙烯磺酸）掺入明胶网络中，利用热增强策略制备了多模态明胶基水凝胶传感器，在传感和监测应变与湿度方面表现出良好的的稳定性。qin等人（qin x, et al. carbohydrate polymers, 2024, 335: 121920.）以明胶和氧化羧甲基纤维素钠为原料合成双网络水凝胶，利用明胶与盐之间的霍夫迈斯特效应增强水凝胶的机械性能和导电性能，并将其应用于人体关节运动的监测。cheng等人（cheng j, etal. acs applied materials&int
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种生物质基多功能离子-电子型导电水凝胶及其制备方法，及一种应变传感器，从而解决现有技术中明胶作为导电水凝胶基底材料时存在机械性能低、导电性差、传感范围窄以及灵敏度低的技术问题。
2、本专利技术是通过以下技术方案来实现：
3、一种生物质基离子-电子型导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
4、s1：将明胶溶液与聚丙烯酰胺溶液混合均匀，得到明胶-聚丙烯酰胺溶液；将mxene纳米片分散液加入两种不同金属离子的混合盐溶液中得到mxene纳米片-金属离子复合溶液；所述金属离子为一价或二价；
5、s2：将所述mxene纳米片-金属离子复合溶液与明胶-聚丙烯酰胺溶液混合均匀，经热聚合交联后，制得所述生物质基离子-电子型导电水凝胶。
6、优选的，步骤s1中，聚丙烯酰胺由丙烯酰胺、n-n’亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵与水混合制备而成；其中，丙烯酰胺与n-n’亚甲基双丙烯酰胺的质量比为(0.05~0.5):(0.005~0.01)；
7、所述明胶溶液与聚丙烯酰胺溶液的体积比为(0.4~1.2):1，所述明胶溶液的浓度为0.2~0.6g/ml。
8、优选的，步骤s1中，所述明胶-聚丙烯酰胺溶液的制备过程为：将明胶溶液加入聚丙烯酰胺溶液中，搅拌均匀后，静置脱泡，制得所述明胶-聚丙烯酰胺溶液。
9、优选的，步骤s1中，所述mxene纳米片分散液的浓度为5.0~20.0mg/ml，两种不同金属离子盐溶液的浓度均为0.5~3.5mol/l，所述mxene纳米片分散液与混合盐溶液的体积之比为(1~5):(1~5)。
10、优选的，所述金属离子为na+、k+、li+、ag+、ca2+、zn2+、mg2+、cu2+和fe2+中的任意两种。
11、优选的，步骤s1中，所述两种不同金属离子的混合盐溶液中，两种金属离子的摩尔量相同。
12、优选的，步骤s2中，所述mxene纳米片-金属离子的复合溶液与明胶-聚丙烯酰胺溶液的体积比为(2~8.5):(5~30)。
13、优选的，步骤s2中，所述热聚合交联过程中，温度为60~115℃，时间为1.5~3.5h。
14、一种生物质基离子-电子型导电水凝胶，通过上述的方法制得；所述导电水凝胶的电导率为4.3~4.5s/m，抗张强度为100~105kpa，断裂伸长率为1000%~1100%。
15、一种应变传感器，包含上述的一种生物质基离子-电子型导电水凝胶。
16、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
17、本专利技术公开一种生物质基离子-电子型导电水凝胶的制备方法，该方法首先以具有良好生物相容性和柔韧性的明胶作为主要网络，与聚丙烯酰胺形成相互作用，聚丙烯酰胺能够赋予凝胶良好的可拉伸性能，增加的水凝胶的稳定性、适用性和使用舒适性；其次，mxene作为二维层状纳米材料，具有大量的表面活性位点，能够与周围的分子或晶格发生强烈的相互作用，且由于其含有的金属基底具有较高的强度和硬度，因此具有良好的机械性能，能够为水凝胶提供良好的机械支撑；无机盐离子能够通过盐析作用与聚合物链形成强相互作用（如：分子间相互作用、氢键作用），从而提高水凝胶网络的交联密度，增强其机械性能；再次，mxene中含有大量的导电通路，使电子能够在层间自由传输，且其含有的金属基底与二维层状结构有利于提升电子迁移率，因此能够有效增强凝胶的导电性能；无机盐离子能够向凝胶中引入额外的自由电子或空穴，从而增加材料的载流子浓度，且其形成的导电通路能够有效减少电子的散射损耗，并增强电子传输，从而提高材料的导电性能，使其应用于检测生理信号和人机交互时，传感范围较宽且灵敏度较高。同时，本专利技术采用两种不同的金属离子，可有效提升水凝胶的电导率、灵敏度及传感范围。再者，明胶与聚丙烯酰胺网络结构中存在大量的孔隙结构和结合位点，这些孔隙和结合位点能够容纳、吸附并保存水分子，使水凝胶具有良好的保湿性能，且水凝胶制备过程中所使用的原料均无毒无害，因此不会对环境产生污染，更加绿色环保。
18、进一步的，本专利技术的另外一个专利技术点在于，步骤s1中，聚丙烯酰胺由丙烯酰胺、n-n’亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵与水混合制备而成；其中，丙烯酰胺与n-n’亚甲基双丙烯酰胺的质量比为(0.05~0.5):(0.005~0.01)，所述明胶溶液与聚丙烯酰胺溶液的体积比为(0.4~1.2):1，所述明胶溶液的浓度为0.2~0.6g/ml，聚丙烯酰胺由丙烯酰胺（主要单体）、n-n’亚甲基双丙烯酰胺（交联剂）、过硫酸铵（引发剂）与水混合制备而成，这种聚合反应通过交联剂n-n’亚甲基双丙烯酰胺的加入，使得聚丙烯酰胺分子链之间形成一定的交联结构，从而赋予其良好的机械强度和可拉伸性能。丙烯酰胺与n-n’亚甲基双丙烯酰胺的质量比设置为(0.05~0.5):(0.005~0.01)，过少的交联剂无法形成足够的交联点，导致聚丙烯酰胺的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种生物质基离子-电子型导电水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种生物质基离子-电子型导电水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤S1中，聚丙烯酰胺由丙烯酰胺、N-N’亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵与水混合制备而成；其中，丙烯酰胺与N-N’亚甲基双丙烯酰胺的质量比为(0.05~0.5):(0.005~0.01)；
3.根据权利要求1所述的一种生物质基离子-电子型导电水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述明胶-聚丙烯酰胺溶液的制备过程为：将明胶溶液加入聚丙烯酰胺溶液中，搅拌均匀后，静置脱泡，制得所述明胶-聚丙烯酰胺溶液。
4.根据权利要求1所述的一种生物质基离子-电子型导电水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述MXene纳米片分散液的浓度为5.0~20.0mg/mL，两种不同金属离子盐溶液的浓度均为0.5~3.5mol/L，所述MXene纳米片分散液与混合盐溶液的体积之比为(1~5):(1~5)。
5.根据权利要求1所述的一种生物质基离子-电子型导电水凝胶的制备方法，其特征在于，所述金属离
6.根据权利要求1所述的一种生物质基离子-电子型导电水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述两种不同金属离子的混合盐溶液中，两种金属离子的摩尔量相同。
7.根据权利要求1所述的一种生物质基离子-电子型导电水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述MXene纳米片-金属离子的复合溶液与明胶-聚丙烯酰胺溶液的体积比为(2~8.5):(5~30)。
8.根据权利要求1所述的一种生物质基离子-电子型导电水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述热聚合交联过程中，温度为60~115℃，时间为1.5~3.5h。
9.一种生物质基离子-电子型导电水凝胶，其特征在于，通过权利要求1~8中任意一项所述的方法制得；所述导电水凝胶的电导率为4.3~4.5S/m，抗张强度为100~105kPa，断裂伸长率为1000%~1100%。
10.一种应变传感器，其特征在于，包含权利要求9中所述的一种生物质基离子-电子型导电水凝胶。
...【技术特征摘要】
1.一种生物质基离子-电子型导电水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种生物质基离子-电子型导电水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤s1中，聚丙烯酰胺由丙烯酰胺、n-n’亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵与水混合制备而成；其中，丙烯酰胺与n-n’亚甲基双丙烯酰胺的质量比为(0.05~0.5):(0.005~0.01)；
3.根据权利要求1所述的一种生物质基离子-电子型导电水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述明胶-聚丙烯酰胺溶液的制备过程为：将明胶溶液加入聚丙烯酰胺溶液中，搅拌均匀后，静置脱泡，制得所述明胶-聚丙烯酰胺溶液。
4.根据权利要求1所述的一种生物质基离子-电子型导电水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述mxene纳米片分散液的浓度为5.0~20.0mg/ml，两种不同金属离子盐溶液的浓度均为0.5~3.5mol/l，所述mxene纳米片分散液与混合盐溶液的体积之比为(1~5):(1~5)。
5.根据权利要求1所述的一种生物质基离子-电子型导电水凝胶的制备方法，其特征在于，所述...
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