[發(fā)明專利]一種雙重刺激響應(yīng)性導(dǎo)電復(fù)合水凝膠及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111571855.6
• 申請(qǐng)日: 2021-12-21
• 公開（公告）號(hào): CN113999476B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王艷芹;廖靜文;張雪慧;郎博;張思琪;李曉;江文靜;陳維毅;鄭強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C08L33/24
• 分類號(hào): C08L33/24;C08L1/04;C08L79/04;C08J3/075;C08F220/54;C08F222/38
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 馬叢

本發(fā)明提供了一種雙重刺激響應(yīng)性導(dǎo)電復(fù)合水凝膠及其制備方法和應(yīng)用，涉及導(dǎo)電高分子材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供的復(fù)合水凝膠包括凝膠基質(zhì)和包埋在所述凝膠基質(zhì)中的第一納米粒子和第二納米粒子；所述凝膠基質(zhì)為聚N?異丙基丙烯酰胺，所述第一納米粒子為聚吡咯包覆纖維素納米晶，第二納米粒子為聚多巴胺包覆纖維素納米晶。本發(fā)明提供的復(fù)合水凝膠具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，既保留了聚N?異丙基丙烯酰胺水凝膠的溫度敏感性和凝膠的較好柔韌性，同時(shí)賦予了水凝膠良好的近紅外光響應(yīng)性，是一種雙重刺激響應(yīng)性(溫度響應(yīng)性和近紅外光響應(yīng)性)導(dǎo)電復(fù)合水凝膠，可以作為柔性開關(guān)器件在生物傳感器、智能執(zhí)行器或生物電子器件中應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及導(dǎo)電高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙重刺激響應(yīng)性導(dǎo)電復(fù)合水凝膠及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

導(dǎo)電材料是一類具有一定導(dǎo)電性能的材料，目前市面上常用的導(dǎo)電材料一般是金屬材料以及含導(dǎo)電聚合物(聚吡咯、聚苯胺)或納米顆粒(碳納米管、石墨烯)的材料等。傳統(tǒng)導(dǎo)電材料其柔韌性和相容性較差，且難以同時(shí)具備高導(dǎo)電性、穩(wěn)定性和易加工的特性，這限制了它們?cè)谏镝t(yī)學(xué)領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用。更重要的是，在應(yīng)用探索的過程中，材料用途不斷豐富和深化，單一功能的導(dǎo)電物質(zhì)已經(jīng)難以滿足多種應(yīng)用環(huán)境的需要。

水凝膠是一類以共價(jià)或非共價(jià)鍵交聯(lián)的凝聚態(tài)物質(zhì)，含有大量水作為分散介質(zhì)，具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。導(dǎo)電水凝膠結(jié)合了導(dǎo)電材料的電子導(dǎo)電性和水凝膠的優(yōu)異相容性，并且與軟組織結(jié)構(gòu)具有相似性，為生物電子學(xué)提供了一種新的選擇，是生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域很有前途的候選材料。聚吡咯是一種典型的導(dǎo)電聚合物，由于其可控的納米結(jié)構(gòu)，良好的生物相容性和高導(dǎo)電性，引起了人們的廣泛關(guān)注。聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAM)具有良好的溫度敏感性，當(dāng)外界溫度條件發(fā)生變化時(shí)，凝膠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)也相應(yīng)受到影響，其疏水性和親水性會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，最終導(dǎo)致其體積發(fā)生相應(yīng)變化。利用聚吡咯的導(dǎo)電性，將其與溫度敏感的PNIPAM凝膠復(fù)合，可以得到溫度響應(yīng)性和導(dǎo)電性的復(fù)合水凝膠。但現(xiàn)有技術(shù)中聚吡咯顆粒容易團(tuán)聚，影響了其在PNIPAM凝膠中的分散性，阻止了導(dǎo)電路徑的形成，從而降低了導(dǎo)電水凝膠的導(dǎo)電性。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明目的在于提供一種雙重刺激響應(yīng)性導(dǎo)電復(fù)合水凝膠及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供的雙重刺激響應(yīng)性導(dǎo)電復(fù)合水凝膠具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，同時(shí)還具有較好的溫度敏感性和近紅外光敏感性。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種雙重刺激響應(yīng)性導(dǎo)電復(fù)合水凝膠，包括凝膠基質(zhì)和包埋在所述凝膠基質(zhì)中的第一納米粒子和第二納米粒子；所述凝膠基質(zhì)為聚N-異丙基丙烯酰胺，所述第一納米粒子為聚吡咯包覆纖維素納米晶，所述第二納米粒子為聚多巴胺包覆纖維素納米晶；所述雙重刺激響應(yīng)性導(dǎo)電復(fù)合水凝膠為具有溫度響應(yīng)性和近紅外光響應(yīng)性的導(dǎo)電復(fù)合水凝膠。

優(yōu)選地，所述第一納米粒子和第二納米粒子的質(zhì)量分別為凝膠基質(zhì)質(zhì)量的0.0125～0.125％和0.0625～0.1875％。

本發(fā)明提供了以上技術(shù)方案所述雙重刺激響應(yīng)性導(dǎo)電復(fù)合水凝膠的制備方法，包括以下步驟：

(1)將纖維素納米晶、水和表面活性劑混合，得到第一分散液；在所述第一分散液中加入吡咯和氯化鐵在0～5℃且無氧條件下進(jìn)行第一次聚合反應(yīng)，得到聚吡咯包覆纖維素納米晶；

(2)將纖維素納米晶和水混合后調(diào)節(jié)pH值至8～9，得到第二分散液；在所述第二分散液中加入多巴胺進(jìn)行第二次聚合反應(yīng)，得到聚多巴胺包覆纖維素納米晶；

(3)將所述聚吡咯包覆纖維素納米晶、聚多巴胺包覆纖維素納米晶、N-異丙基丙烯酰胺單體、交聯(lián)劑、水、引發(fā)劑和加速劑混合，在20～30℃條件下進(jìn)行自由基聚合反應(yīng)，得到雙重刺激響應(yīng)性導(dǎo)電復(fù)合水凝膠；

所述步驟(1)和步驟(2)沒有時(shí)間順序的限制。