[發(fā)明專利]一種二硫化鉬增強(qiáng)離子導(dǎo)電水凝膠及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110010770.4
• 申請(qǐng)日: 2021-01-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114716691A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉曉非;王晶;劉宇星;王碩;劉新樂(lè);陳義鵬;戚佩瑤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): C08J3/075
• 分類號(hào): C08J3/075;C08J3/24;C08L33/26;C08K3/30;C08K3/16;C08F220/56;C08F220/06;C08F222/38
• 代理公司: 天津創(chuàng)智睿誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12251
• 代理人: 王海濱

本發(fā)明提供一種二硫化鉬增強(qiáng)離子導(dǎo)電水凝膠及其制備方法和應(yīng)用，將二硫化鉬分散液加入到含有丙烯酰胺、丙烯酸、N,N亞甲基雙丙烯酰胺的混合溶液中，攪拌1?3h后，向上述溶液中加入過(guò)硫酸鹽，在室溫20?25℃下反應(yīng)4?8h后，得到二硫化鉬/聚丙烯酰胺丙烯酸水凝膠；將制備得到的二硫化鉬/丙烯酰胺丙烯酸水凝膠于室溫20?25℃下浸泡在離子溶液中6?12h后，得到離子交聯(lián)的水凝膠，將制備得到的離子交聯(lián)的水凝膠浸泡在蒸餾水中24?48h，以除去水凝膠表面未反應(yīng)的單體與殘余的離子，最終得到二硫化鉬增強(qiáng)離子導(dǎo)電水凝膠。該水凝膠不僅具有高機(jī)械性能，同時(shí)還賦予其優(yōu)良導(dǎo)電性，該水凝膠可以廣泛用于導(dǎo)電材料、柔性可穿戴材料和傳感器等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水凝膠技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)涉及一種二硫化鉬增強(qiáng)離子導(dǎo)電水凝膠及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

柔性可穿戴電子設(shè)備因其在人造皮膚和人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)傳感器中的各種潛在應(yīng)用而引起了極大的關(guān)注。導(dǎo)電水凝膠作為一種新型高分子材料，可以將外部機(jī)械變形轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，具有高電導(dǎo)率、生物相容性、柔軟性和韌性，因此成為柔性可穿戴材料的潛在材料。傳統(tǒng)的導(dǎo)電水凝膠是通過(guò)添加大量的導(dǎo)電填料或?qū)щ娋酆衔镄纬傻摹５牵@些填料和聚合物通常分布不均勻，導(dǎo)致較差的機(jī)械性能、抗疲勞性、延展性和靈敏度，這將嚴(yán)重阻礙水凝膠作為傳感器的應(yīng)用。因此，制造具有改善的機(jī)械性能同時(shí)確保其導(dǎo)電性能的水凝膠是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

新型導(dǎo)電水凝膠通常通過(guò)添加離子來(lái)獲得水凝膠的電導(dǎo)率，由于水凝膠內(nèi)部的含水環(huán)境能夠使載流子和自由離子快速擴(kuò)散，從而實(shí)現(xiàn)高電導(dǎo)率。并且由于離子與水凝膠中的基團(tuán)可以產(chǎn)生動(dòng)態(tài)物理交聯(lián)從而增強(qiáng)水凝膠的機(jī)械性能。

二維納米材料，例如石墨烯和無(wú)機(jī)納米薄片，由于其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)而成為水凝膠中最受歡迎的增強(qiáng)添加劑之一。二維納米材料通常可以通過(guò)能量耗散來(lái)增強(qiáng)水凝膠的機(jī)械性能。二硫化鉬作為一種典型的二維材料，具有類似石墨烯的層狀結(jié)構(gòu)，憑借其獨(dú)特的片狀結(jié)構(gòu)，二硫化鉬納米片可以通過(guò)物理非共價(jià)相互作用成為聚合物網(wǎng)絡(luò)中的滑動(dòng)接頭，從而顯著改善水凝膠的機(jī)械性能和抗疲勞性；同樣，由于二硫化鉬的富硫特性，它可以從離子溶液中吸收更多的離子，從而增強(qiáng)了水凝膠中的離子配位作用；除此之外，二硫化鉬還可作為催化劑在室溫下引發(fā)自由基聚合，加速水凝膠在室溫下的形成。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，由于填料和聚合物通常在水凝膠中分布不均，導(dǎo)致水凝膠的機(jī)械性能、抗疲勞性、延展性和靈敏度較差，嚴(yán)重阻礙了水凝膠作為傳感器的應(yīng)用，提供了一種二硫化鉬增強(qiáng)離子導(dǎo)電水凝膠及其制備方法和應(yīng)用，該水凝膠不僅具有高機(jī)械性能，同時(shí)還賦予其優(yōu)良導(dǎo)電性，該水凝膠可以廣泛用于導(dǎo)電材料、柔性可穿戴材料和傳感器等領(lǐng)域。

本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。

一種二硫化鉬增強(qiáng)離子導(dǎo)電水凝膠及其制備方法，按照下述步驟進(jìn)行：

步驟1，將二硫化鉬分散液加入到含有丙烯酰胺、丙烯酸、N,N亞甲基雙丙烯酰胺的混合溶液中，攪拌1-3h后，向上述溶液中加入過(guò)硫酸鹽，在室溫20-25℃下反應(yīng)4-8h后，得到二硫化鉬/聚丙烯酰胺丙烯酸水凝膠，其中，混合溶液中，丙烯酰胺、丙烯酸、N,N亞甲基雙丙烯酰胺的質(zhì)量比為：(5-10):(1-5):(0.01-0.08)，過(guò)硫酸鹽與丙烯酰胺、丙烯酸總質(zhì)量的質(zhì)量比為：(0.04-0.15):(5-12)；

步驟2，將步驟1制備得到的二硫化鉬/丙烯酰胺丙烯酸水凝膠于室溫20-25℃下浸泡在離子溶液中6-12h后，得到離子交聯(lián)的水凝膠，將制備得到的離子交聯(lián)的水凝膠浸泡在蒸餾水中24-48h，以除去水凝膠表面未反應(yīng)的單體與殘余的離子，最終得到二硫化鉬增強(qiáng)離子導(dǎo)電水凝膠，其中，離子溶液的濃度為0.01-0.8g/mol。

在步驟1中，二硫化鉬分散液的制備方法：將二硫化鉬與水混合攪拌超聲后，即得到二硫化鉬分散液，二硫化鉬分散液的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1-2wt％，二硫化鉬占含有丙烯酰胺、丙烯酸、N,N亞甲基雙丙烯酰胺的混合溶液的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.1-1wt％。