[發明專利]一種納米結構聚苯胺復合水凝膠及其制備方法及應用

有效

• 申請號: 202110655083.8
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113336971B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 劉天西;于曉輝;凡小山
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08G73/02;C08F220/28;C08F220/06;G01B7/16;C08L33/14;C08L79/02
• 代理公司: 北京力量專利代理事務所(特殊普通合伙) 11504
• 代理人: 毛雨田

本發明涉及一種納米結構聚苯胺復合水凝膠及其制備方法及應用，所述復合水凝膠先通過微相分離技術制備得到聚苯胺納米顆粒，再通過加入丙烯酸和甲基丙烯酸聚乙二醇酯通過熱引發自由基聚合，即得。本發明的納米結構聚苯胺復合水凝膠可用于應變傳感器。克服了目前導電聚合物復合水凝膠機械耐受性較差的局限性，并且通過微相分離技術使得聚苯胺以納米結構均勻分散在水凝膠網絡中，進一步提升了材料的導電性。納米結構的聚苯胺顆粒在水凝膠網絡中均勻分散，使得材料具有優秀的電導率。此外，由于沒有添加化學交聯劑，丙烯酸與聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯中豐富的動態氫鍵確保了材料在可以耐受巨大形變的同時呈現出超柔軟的特性。

技術領域

本發明屬于水凝膠的技術領域，特別涉及一種超高機械耐受性的納米結構聚苯胺復合水凝膠。

背景技術

水凝膠是一種三位網絡結構聚合物，具有優秀的生物相容性、出色的機械性能以及較低的制備成本。近年來，水凝膠已經被廣泛運用于生物傳感器、健康管理以及能源存儲器件的組裝。其中，導電水凝膠是一種兼具導電能力與水凝膠優秀力學性能的新型功能材料。導電水凝膠的導電組分目前主要分為兩類，分別是以碳納米管、炭黑等為代表的無機導電填料，另一類是以聚苯胺、聚吡咯等聚合物為代表的導電聚合物。其中，導電聚合物基水凝膠憑借著其原材料分布廣泛、價格低廉、導電性能優異等特點，已經受到了廣泛的關注。

公開號為CN112159536A的中國專利文獻公開了一種高導電性聚丙烯酸復合水凝膠的制備方法。該發明體涉及一種高導電性聚丙烯酸復合水凝膠的制備方法。所述方法使用石墨烯作為交聯劑，在聚丙烯酸/石墨烯水凝膠的表面和內部原位聚合導電高分子，得到兼具有電子導電性和離子導電性的聚丙烯酸/石墨烯/導電高分子水凝膠，即聚丙烯酸復合水凝膠。然而，該類在原有水凝膠外部進行聚合的非原位方法，往往會導致導電聚合物在凝膠內部非均相的分布，導致最終制備材料的性能出現較大差異。

此外，由于導電聚合物分子結構上的大量剛性組分的存在，目前的導電聚合物復合水凝膠往往不具備大的機械耐受性，在較大形變下水凝膠會發生破碎。并且，導電聚合物之間強烈的共軛作用，也會使得導電聚合物復合水凝膠的拉伸模量大幅上升，最大斷裂伸長率出現明顯的下滑。過強的剛性將會極大降低水凝膠材料在傳感監控時的靈敏度。

因此，如何制備一種導電聚合物均勻分散，且材料在保持柔軟的情況下可以耐受超高機械形變的新型導電聚合物復合水凝膠成為了當前的研究重點。

發明內容

本發明提供了一種超高機械耐受性的納米結構聚苯胺復合水凝膠及其制備方法及應用，克服了目前導電聚合物復合水凝膠機械耐受性較差的局限性，并且通過微相分離技術使得聚苯胺以納米結構均勻分散在水凝膠網絡中，進一步提升了材料的導電性。

一種納米結構聚苯胺復合水凝膠的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：將苯胺單體、酸摻雜劑溶解于甘油中，再加入引發劑的水溶液，在低溫環境下劇烈震蕩，持續反應，制備得到聚苯胺混合溶液；

步驟2：在步驟1中的聚苯胺混合溶液中加入聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯、丙烯酸和引發劑，持續通入氮氣后倒入模具內，熱引發制備得到納米結構聚苯胺復合水凝膠。

一種基于本發明的制備方法得到的納米結構聚苯胺復合水凝膠。

一種基于本發明的制備方法得到的納米結構聚苯胺復合水凝膠的應用，可用于應變傳感器。

有益效果

1、本發明方法通過微相分離技術，成功制備了納米結構的聚苯胺顆粒，確保聚苯胺在水凝膠體系內的均勻分散，提高了材料的導電性；

2、本發明的丙烯酸與聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯中豐富的動態氫鍵確保了材料可以耐受巨大的機械形變。