[發(fā)明專利]一種水下自愈合超分子水凝膠電子皮膚及其制備與應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110754855.3
• 申請日: 2021-07-05
• 公開（公告）號: CN113683785B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設計）人: 寧成云;付如民;周蕾
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08F220/06;C08F220/56;C08F220/48;C08F212/14;C08L33/02
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權代理有限公司 44245
• 代理人: 殷妹

本發(fā)明公開了一種水下自愈合超分子水凝膠電子皮膚及其制備與應用。所述方法為：將聚乙烯醇、丙烯腈、丙烯酰胺、對苯乙烯磺酸鈉、甲基丙烯酸、引發(fā)加速劑和熱引發(fā)劑混合，然后在保護氣氛下保溫反應得到超分子水凝膠，透析后得到具有水下自愈合的超分子水凝膠。本發(fā)明的制備方法工藝簡單，過程可控性好，重復性高，可用于制備不同電子皮膚材料，具有較大的推廣價值。

技術領域

本發(fā)明屬于功能材料領域，具體涉及一種水下自愈合超分子水凝膠電子皮膚及其制備與應用。

背景技術

人造電子皮膚(e-skin)由于具有高拉伸性、優(yōu)異的力學強度和靈敏的傳感性能，在假肢、軟機器人、人工智能、人機界面和個人健康監(jiān)測等方面具有潛在應用。此外，廣闊的水下資源和特殊的戰(zhàn)略地位也促使人們使用電子皮膚進行探索和開發(fā)。然而，水下環(huán)境變幻莫測，被破壞的電子皮膚無法再繼續(xù)正常工作。人體皮膚強大的自愈功能可以保護人體免受進一步傷害，同時持續(xù)感知外界環(huán)境。但是目前報道的電子皮膚都很難實現(xiàn)快速的水下自愈合，因為水分子會作為氫鍵的供體和受體并使離子溶劑化，從而破壞材料在水下的自愈合過程。目前有研究報道基于偶極-偶極相互作用或離子-偶極相互作用的彈性體基電子皮膚用于水下可自愈合的電子皮膚。即使如此，這些彈性體作為電子皮膚往往需要摻入一定含量的導電成分(例如：金/銀納米粒子，導電高分子等)才具有導電特性，以及長的自愈合周期(大于3小時)。因此，如何制備一種水下可快速自愈合和本征導電的電子皮膚材料用于柔性機器人將極大地代替人類拓展在危險的深海探索等工作。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術的缺點和不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種水下自愈合超分子水凝膠電子皮膚的制備方法。通過該方法可實現(xiàn)水凝膠的水下自愈合和高強度性能。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述方法制得的一種水下自愈合超分子水凝膠電子皮膚。

本發(fā)明的再一目的在于提供上述一種水下自愈合超分子水凝膠電子皮膚在柔性傳感器、水下機器人領域中的應用。

本發(fā)明目的通過以下技術方案實現(xiàn)：

一種水下自愈合超分子水凝膠電子皮膚的制備方法，包括以下步驟：

將聚乙烯醇、丙烯腈、丙烯酰胺、對苯乙烯磺酸鈉、甲基丙烯酸、引發(fā)加速劑和熱引發(fā)劑混合混勻，然后除氧處理或在保護氣體條件下，于60～80℃下反應1～3小時，結束反應，透析，得到水下自愈合超分子水凝膠電子皮膚；

其中，按質(zhì)量百分數(shù)計，聚乙烯5～10％、丙烯腈5～20％、丙烯酰胺5～10％、對苯乙烯磺酸鈉1～5％、甲基丙烯酸10～30％、引發(fā)加速劑0.1～0.3％、熱引發(fā)劑1～3％，余量為水。

優(yōu)選地，所述水下自愈合超分子水凝膠電子皮膚的制備方法，包括以下步驟：

將聚乙烯醇(PVA)溶于水中，加入丙烯腈(AN)，完全溶解后進行除氧處理，再加入丙烯酰胺(AAm)，完全溶解后加入對苯乙烯磺酸鈉(NaSS)，進行除氧處理，加入甲基丙烯酸(MMA)，再加入引發(fā)加速劑后于保護氣體條件下攪拌至少1小時，最后加入熱引發(fā)劑，除氧處理或于保護氣體條件下，于60～80℃下反應1～3小時，結束反應，透析，得到水下自愈合超分子水凝膠電子皮膚。

優(yōu)選地，按質(zhì)量百分數(shù)計，聚乙烯7％、丙烯腈10％、丙烯酰胺7％、對苯乙烯磺酸鈉3％、甲基丙烯酸15％、引發(fā)加速劑0.2％、熱引發(fā)劑2％，余量為水。

更優(yōu)選地，所述聚乙烯醇和丙烯腈溶解的溫度為70～90℃。

更優(yōu)選地，所述丙烯腈采用滴加的方式加入，滴加速度為4.5～5.5mL/min。

更優(yōu)選地，所述甲基丙烯酸采用滴加的方式加入，滴加速度為4.0～5.5mL/min。

更優(yōu)選地，所述甲基丙烯酸以丙烯酸溶液的形式加入，所述丙烯酸溶液的濃度為12mol/L，溶劑為去離子水。