[發明專利]一種具有自粘附性、溫度耐受性、導電性及儲能性的水凝膠電極及其制備方法

有效

• 申請號: 202111154911.6
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113651979B
• 公開（公告）日: 2023-05-19
• 發明（設計）人: 姜麗麗;魯雄;李友建;甘東林;謝超鳴
• 申請（專利權）人: 西華大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08L33/26;C08L35/00;C08L87/00;C08L29/04;C08K9/04;C08K3/04;C08F122/38
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 代維凡

本發明公開了一種具有自粘附性、溫度耐受性、導電性及儲能性的水凝膠電極及其制備方法。其制備方法如下：(1)制備多巴胺修飾的石墨烯填料；(2)制備雙金屬氧化物及金屬氮化物的復合物；(3)制備MOFs；(4)制備水凝膠電極。本發明制備得到的復合儲能材料具有良好的自粘附性能、溫度耐受性、導電性以及儲能性，能夠應用于電極制備、冷熱刺激或電刺激醫療保健領域，可適應各種極端工作環境。

技術領域

本發明屬于電極材料技術領域，具體涉及一種具有自粘附性、溫度耐受性、導電性及儲能性的水凝膠電極及其制備方法。

背景技術

近年來，先進材料/電子與制造技術的發展加速了生物電子設備的發展，生物電子設備迅速擴展并被廣泛用于醫療監測和臨床治療。研究人員證實，生物電子設備具有重要的臨床應用，如神經元和心臟刺激，可有效緩解癲癇、阿爾茨海默病、帕金森病、抑郁癥等多種與異常神經行為以及腦血管疾病有關的醫學問題的癥狀和感染。電刺激在臨床醫學中的積極作用激發了生物電子儲能/供應組合裝置的發展，目前廣泛應用于臨床試驗、輔助治療技術和人體保健設備。

然而，由于不斷出現的人機界面中生物組織和電子設備之間的內在差異，例如人造設備與人體生理學之間的機械性能和電荷載流子不匹配，開發下一代生物電子學仍然存在一些挑戰。人體由各種柔軟和高含水量的組織和器官組成，相比之下，目前使用的大多數生物電子設備都依賴于剛性和干燥的電子元件。具體而言，電子在傳統的剛性和干電子元件中充當電荷傳輸的載體，而在生物系統中，相同的過程依賴于離子。此外，生物組織能夠承受高動態和機械應力；例如，在傳統姿勢的鍛煉過程中，皮膚、肌肉和周圍神經可能會承受30％的拉伸應變和位移。心臟和血管在心血管活動過程中會經歷持續的周期性機械變形。因此，為了有效適應人體生理和肌肉骨骼環境，下一代智能、靈活、可拉伸、可植入和便攜式電子產品(如電子皮膚中的軟觸覺傳感器、運動傳感器、神經傳感器、電生理傳感器和反饋刺激器)需要進一步研究。

為了確保這種先進電子設備的穩定性能和耐用性，需要研究和開發新型儲能設備。超級電容器越來越多地用于生物電子應用，幾十年來一直作為先進的儲能設備進行研究。為了滿足上述外部和體內便攜式電子設備的特定能量需求，可以拉伸、壓縮、彎曲、扭曲和變形為任意形狀的功能超級電容器提供了一種有前途的替代方案。因此，需要在超級電容器中用作電極和電解質的先進功能材料來加速功能化超級電容器的研究和制造。同時，為了適應便攜式器件所處的不同外界環境，溫度耐受性也對電極材料和器件提出了更多的要求。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，本發明提供一種具有自粘附性、溫度耐受性、導電性及儲能性的水凝膠電極及其制備方法，制備得到的水凝膠電極具有良好的自粘附性能、溫度耐受性、導電性以及儲能性。

為實現上述目的，本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種具有自粘附性、溫度耐受性、導電性及儲能性的水凝膠電極的制備方法，包括以下步驟：

(1)制備多巴胺修飾的石墨烯填料；

(2)制備雙金屬氧化物及金屬氮化物的復合物

a、將具有贗電容性能的硝酸鹽、鎳酸鹽、NH₄F以及尿素混合溶解，攪拌?0.5～2h；

b、將氧化石墨烯包裹的鎳基底置于步驟a所得溶液中浸泡0.5～1h，然后于?120～150℃水熱反應15～20h后，冷卻至室溫，清洗干燥后得到雙金屬氫氧化物；

c、于400～600℃熱處理雙金屬氫氧化物2～5h，然后在氨氣氛圍中，于?400～500℃繼續熱處理2～3h，得到雙金屬氧化物及金屬氮化物的復合物；

(3)制備MOFs

a、將至少一種具有贗電容性能的硝酸鹽溶解后，磁力攪拌10～30min，制得溶液A；