[發(fā)明專利]一種導(dǎo)電的Mxene納米復(fù)合有機(jī)水凝膠及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211037916.5
• 申請(qǐng)日: 2022-08-26
• 公開（公告）號(hào): CN115490884A
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱東雨;楊夏;陳至鵬;陳武;唐楚玲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C08J3/075
• 分類號(hào): C08J3/075;C08J3/24;C08L51/02;C08L71/02;C08K3/14;C08F251/00;C08F220/18;C08F220/54;G01K7/22;G01L1/22
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 段卉

本發(fā)明公開了一種導(dǎo)電的Mxene納米復(fù)合有機(jī)水凝膠的制備方法，所述制備方法簡(jiǎn)單快捷，一鍋法即可形成凝膠，采取Mxene作為導(dǎo)電材料，采用超聲方式促使導(dǎo)電材料在水凝膠中分布均勻，形成傳感水凝膠。本發(fā)明所述制備方法制備得到的Mxene納米復(fù)合有機(jī)水凝膠擁有良好的自修復(fù)性、溫敏性、機(jī)械性能等，因兼具溫敏性和導(dǎo)電性具有溫度和應(yīng)變雙重傳感功能，并且基于主客體動(dòng)態(tài)交聯(lián)的溫敏性聚合物的相變?cè)鰪?qiáng)作用使該水凝膠具有極高的應(yīng)變傳感精度，具有更低的檢測(cè)下限，對(duì)于微小應(yīng)變均可以有所感應(yīng)，擴(kuò)大了傳感水凝膠的檢測(cè)范圍，解決了現(xiàn)有傳感水凝膠傳感下限低的技術(shù)缺陷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)工程材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種導(dǎo)電的Mxene納米復(fù)合有機(jī)水凝膠及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

近幾年來，柔性可穿戴的應(yīng)變傳感器因其在電子皮膚、個(gè)性化醫(yī)療保健監(jiān)測(cè)和人機(jī)交互中的大量應(yīng)用而受到極大關(guān)注。然而，這些柔性可拉伸電子產(chǎn)品面臨的一個(gè)主要障礙是人體組織與傳統(tǒng)電子產(chǎn)品在機(jī)械和電氣性能方面的不匹配，人體組織是柔軟的，通過離子傳導(dǎo)電信號(hào)，而電子產(chǎn)品是剛性的，依靠電子來導(dǎo)電。在這種情況下，仿生功能材料引發(fā)了相當(dāng)大的關(guān)注。

水凝膠是一種柔軟的材料，具有獨(dú)特的3D網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由聚合物的物理或化學(xué)交聯(lián)形成。水凝膠主要是由水(＞99％)以及溶劑化分子/聚合物/無機(jī)顆粒(凝膠劑)組成。這意味著水凝膠可以保持與液態(tài)水相同的物理化學(xué)性質(zhì)，同時(shí)在宏觀上表現(xiàn)出類似于固體的流變行為。由于其高度可設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和功能，水凝膠已廣泛應(yīng)用于仿生材料、柔性可穿戴設(shè)備和軟機(jī)器人。

而現(xiàn)有的2D納米材料中，過渡金屬碳化物、氮化物或碳氮化物(MXene)家族因其獨(dú)特的金屬導(dǎo)電性、溶液加工性、高縱橫比和廣泛可調(diào)的特性組合而受到廣泛關(guān)注。Mxene在儲(chǔ)能、傳感、光電子、催化和生物醫(yī)學(xué)等一系列應(yīng)用中均表現(xiàn)出非常出色的性能。

現(xiàn)有技術(shù)說明了將Mxene納米復(fù)合水凝膠(MNH)浸泡在乙二醇(EG)溶液中，替代部分水分子，研制出一種抗凍、自愈合、導(dǎo)電的Mxene納米復(fù)合有機(jī)水凝膠(MNOH)，制備得到的MNOH具有優(yōu)異的防凍性能(-40℃)，持久的保濕性能(8天)。

現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)公開了基于2D Mxene納米片和ZA纖維的多功能導(dǎo)電有機(jī)水凝膠然后組裝無線可穿戴傳感器以跟蹤人體運(yùn)動(dòng)。通過引入三元混合物，有機(jī)水凝膠具有超低溫(-81℃)和水分保持性。同時(shí)，由鋅離子誘導(dǎo)的海藻酸鹽鏈與PAM的相互作用賦予有機(jī)水凝膠優(yōu)越的力學(xué)性能。

現(xiàn)有技術(shù)(CN113603819A)還公開了一種基于MXene納米片復(fù)合聚電解質(zhì)水凝膠的柔性可穿戴傳感器的制備方法，該方法采用陰陽離子單體與MXene納米片一步無規(guī)共聚的方法合成了聚兩性電解質(zhì)水凝膠，合成的水凝膠可以靈敏而穩(wěn)定地檢測(cè)全范圍的人類活動(dòng)(如旋轉(zhuǎn)肘部、彎曲手指等)和書寫。

綜上所述，現(xiàn)有的關(guān)于Mxene水凝膠的研究重點(diǎn)主要都是集中在提高水凝膠的機(jī)械性能、抗凍性能以及傳感的穩(wěn)定性等，目前現(xiàn)有技術(shù)最小的檢測(cè)應(yīng)變范圍是彎曲的手指，對(duì)于如口水吞咽等微小應(yīng)變的檢驗(yàn)精度還不夠，然而如口水吞咽、脈搏變化等微小應(yīng)變的檢測(cè)在醫(yī)療等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。因此，如何構(gòu)建一種兼具耐用性、高效自修復(fù)和低檢測(cè)下限的水凝膠基應(yīng)變傳感器是本領(lǐng)域的研究趨勢(shì)和亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問題，同時(shí)也是生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域急需突破的技術(shù)瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種導(dǎo)電的Mxene納米復(fù)合有機(jī)水凝膠及其制備方法和應(yīng)用。

本發(fā)明的第一目的是提供一種導(dǎo)電的Mxene納米復(fù)合有機(jī)水凝膠的制備方法。

本發(fā)明的第二目的是提供上述制備方法制備得到的Mxene納米復(fù)合有機(jī)水凝膠。

本發(fā)明的第三目的是提供上述Mxene納米復(fù)合有機(jī)水凝膠在制備柔性溫度傳感器中的應(yīng)用。

本發(fā)明的第四目的是提供上述Mxene納米復(fù)合有機(jī)水凝膠在制備柔性應(yīng)變傳感器中的應(yīng)用。