[發明專利]一種應變感應高強度導電水凝膠

有效

• 申請號: 201711063213.9
• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN108794767B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 付俊;王鎮武;陳靜;徐婷;高國榮
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波工業技術研究院慈溪生物醫學工程研究所;中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08G73/02;C08G73/06;C08F220/20;C08F220/56;C08F222/38;C08L33/14;C08L79/02;C08L79/04;H01B3/44
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

本發明涉及一種應變感應高強度導電凝膠。本發明主要內容是采用甲基丙烯酸羥烷基酯類單體與丙烯酰胺共聚得到絕緣聚合物凝膠網絡，再將凝膠網絡內的導電聚合物類單體進一步聚合，得到絕緣聚合物網絡與導電聚合物網絡相互貫穿的雙網絡水凝膠。本發明解決了目前導電凝膠制備過程復雜、涉及原料成本較高、制得的凝膠在力學性能以及導電性能方面不能兼顧的問題。本發明的優點是制備方法簡單、成本低。

技術領域

本發明屬于高分子材料技術領域，涉及一種應變感應高強度導電凝膠，尤其是基于導電聚合物的雙網絡的應變感應高強度導電水凝膠。

背景技術

聚合物水凝膠是鏈段或基團通過物理或化學作用結合在一起，形成三維交聯網絡的聚合物，其中含有大量的水。聚合物水凝膠中水的質量可以是聚合物質量的十幾倍。聚合物水凝膠與生物體的組成極其相似，吸引了大量從事基礎研究的科學工作者的研究興趣。

導電水凝膠作為功能性凝膠的一種，有望在催化、能源、驅動、傳感等領域得到實際的應用。但是，目前的導電凝膠和傳統凝膠一樣都存在力學性能差的問題，使得其在實際應用中受到很大的限制。馬明明等(Li,W.,Gao,F.,Wang,X.,Zhang,N.,Ma,M.(2016).Angewandte,9342–9347.)通過硼酸酯反應將取代有硼酸基團的苯胺與聚乙烯醇凝膠結合在一起，進一步氧化聚合苯胺，得到高強度的雙網絡凝膠。該凝膠導電率達到10S/m，高于大多數導電凝膠(0.01-1S/m)。該凝膠拉伸斷裂應力高達5.3MPa，但斷裂應變只有250％。石高全等(Yao,B.,Wang,H.,Zhou,Q.,Wu,M.,Zhang,M.,Li,C.(2017).Ultrahigh-Conductivity Polymer Hydrogels with Arbitrary Structures,1700974,1–7.)對市售的PEDOT/PSS溶液進行水熱反應得到導電率為46S/m的凝膠，經濃硫酸進一步處理之后得到導電率高達880S/m的水凝膠。但是基于PEDOT的水凝膠力學性能較差。

以上方法雖然制備了具有良好導電性能的水凝膠，但是制備過程復雜，涉及原料成本較高，制得的凝膠在力學性能以及導電性能方面不能兼顧。

發明內容

本發明的目的就是針對現有技術的不足，提供一種簡便、低成本的制備應變感應高強度導電水凝膠。

本發明主要內容是采用甲基丙烯酸羥烷基酯類單體與丙烯酰胺共聚得到絕緣聚合物凝膠網絡，再將凝膠網絡內的導電聚合物類單體進一步聚合，得到絕緣聚合物網絡與導電聚合物網絡相互貫穿的雙網絡水凝膠。導電聚合物在凝膠網絡中為剛性鏈段，絕緣聚合物網絡為柔性鏈段，兩者相互貫穿在一起為凝膠提供優異的機械性能。導電聚合物的存在為凝膠提供了聯通完整的導電網絡，是的凝膠具有較好的導電性。此外導電聚合物網絡在應力作用下會首先斷裂，使得導電網絡受損，導致凝膠導電性能下降，還可以實現凝膠的應變感應。

本發明方法的具體步驟是：

步驟(1).將甲基丙烯酸羥烷基酯類單體、丙烯酰胺以及導電聚合物單體溶于3mol/L鹽酸，得到混合液；將適量光引發劑與N,N-亞甲基雙丙烯酰胺加入混合液中攪拌10～30分鐘，混合均勻得到凝膠預聚液。

預聚液中各物質含量如下：

其余為鹽酸

所述的甲基丙烯酸羥烷基酯類單體為甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸羥丁酯中的一種或幾種；

所述導電聚合物單體為苯胺或吡咯；

所述的光引發劑為Quant acure BTC、Quant acure BPQ、Quant acure ABP、Quantacure QTX、Darocur 2959等水溶性光引發劑中的一種。