[發明專利]一種基于雙向冷凍構筑各向異性導電水凝膠的方法

有效

• 申請號: 202110080012.X
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112876731B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 從懷萍;吳啟航;秦海利
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C08J9/40
• 分類號: C08J9/40;C08J9/28;C08J3/075;C08L5/04;C08K7/06
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 喬恒婷

本發明公開了一種基于雙向冷凍構筑各向異性導電水凝膠的方法，首先將海藻酸鈉與銀納米線混合均勻，再通過雙向冷凍的方法形成長程有序的具有層狀結構的銀納米線?海藻酸鈉氣凝膠基底，后向氣凝膠中加入單體和交聯劑構筑成具有層狀結構的水凝膠，由于氣凝膠壁內有銀納米線的存在以及在后續灌裝水凝膠后，初始氣凝膠的結構并沒有被破壞，因此制備得到的水凝膠具有良好的導電性，又由于水凝膠具有長程有序的層狀結構，因此平行于層狀方向和垂直于層狀方向的應力也有差異，進而表現出各向異性性能。

技術領域

本發明涉及一種基于雙向冷凍構筑各向異性導電水凝膠的方法，屬于納米材料技術領域。

背景技術

隨著環保需求不斷增加，以水為主要成分的水凝膠正在日益成為可持續發展材料的優秀候選者，水凝膠是一種含水的具有三維網絡結構的材料，并且由于其天然的柔性以及優異的機械性能，是未來人造生物材料的有力競爭者。同時，隨著人們對電子產品的要求不斷增加，發展柔性可彎曲電子器件已成為主流共識，將導電材料與水凝膠這類機械性能優異的材料相結合是發展柔性導電材料的一個重要方向，而銀納米線是一種電導率異常優異的導電納米材料，將銀納米線與水凝膠復合是解決柔性導電材料的一個重要途徑。

生物組織中的肌肉以及肌腱等生物組織，由于其結構具有高度的有序各向異性結構，因而往往具有更加優異的性能，同時某些領域也對導電材料提出了具有各向異性的要求。從構筑有序的結構出發來實現材料的各向異性是一條基本途徑，而雙向冷凍取向是構筑有序結構的一條有效方法。本發明通過雙向冷凍得到長程有序、導電性能優異的銀納米線-海藻酸鈉氣凝膠，并對該氣凝膠進行灌裝進而得到具有各向異性的導電水凝膠，從而賦予了其在一些特殊環境需求下的應用。

發明內容

本發明旨在提供一種基于雙向冷凍構筑各向異性導電水凝膠的方法。本發明通過雙向冷凍銀納米線-海藻酸鈉的方法形成長程有序的三維層狀網絡結構，然后通過灌裝水凝膠引入水凝膠網絡，獲得的導電水凝膠具有優異的導電性，壓縮應力各向異性等性能。

本發明基于雙向冷凍構筑各向異性導電水凝膠的方法，首先將海藻酸鈉與銀納米線混合均勻，再通過雙向冷凍的方法形成長程有序的具有層狀結構的銀納米線-海藻酸鈉氣凝膠基底，后向氣凝膠基底中加入單體和交聯劑構筑成具有層狀結構的水凝膠。由于氣凝膠壁內有銀納米線的存在以及在后續灌裝水凝膠后，初始氣凝膠的結構并沒有被破壞，因此制備得到的水凝膠具有良好的導電性，又由于水凝膠具有長程有序的層狀結構，因此平行于層狀方向和垂直于層狀方向的應力也有差異，進而表現出各向異性性能。

本發明基于雙向冷凍構筑各向異性導電水凝膠的方法，包括如下步驟：

步驟1：合成銀納米線。首先將5.86g M_w＝40000的聚乙烯吡咯烷酮加入190ml的丙三醇溶液中，攪拌均勻后于微波中加熱10min使聚乙烯吡咯烷酮完全溶解；然后降溫到室溫，倒入250ml的三頸燒瓶中，再依次向其中加入1.58g硝酸銀、10ml丙三醇以及配制好的0.5ml去離子水59mg氯化鈉的混合溶液，隨后20min升溫到210℃，同時控制攪拌速率為50rpm；待反應完成后，倒入500ml的燒杯中，加入等體積的去離子水，降溫后離心兩次，分散定容。

步驟1中，所合成的銀納米線長度為7-15μm，直徑為60-100nm；

步驟2：取1.2g海藻酸鈉粉末置于50ml燒杯中，再加入30ml去離子水，后進行8h的磁力攪拌，即得40mg/ml的海藻酸鈉均勻溶液。

步驟3：取20ml質量濃度為40mg/ml的銀納米線以及20ml質量濃度為40mg/ml的海藻酸鈉溶液，將兩者溶液混合磁力攪拌30min，將混合均勻后的溶液置于雙向冷凍模具中，調節冷凍速率為14μm/min，待溶液完全凍結后于冷凍干燥機中冷凍干燥48h，冷凍溫度為-40℃。取出即為銀納米線-海藻酸鈉氣凝膠基底。