[发明专利]一种具有高强度、可拉伸的PAA-Fe3+

说明书

本发明公开了一种具有高强度、可拉伸的PAA‑Fe³⁺/AG离子导电水凝胶的制备方法，所述离子导电水凝胶PAA‑Fe³⁺/AG为聚丙烯酸‑三价铁离子/琼脂离子导电水凝胶。本发明通过改变浸泡时间还可以有效地控制PAA‑Fe³⁺/AG离子导电水凝胶的机械强度和电导率。该水凝胶具有可调控的高力学性能、可拉伸以及高导电性能，在可穿戴式传感器、软机器人等方面具有很大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及一种具有高强度、可拉伸的PAA-Fe³⁺/AG离子导电水凝胶的制备方法，属于功能高分子及导电材料领域。

背景技术

导电水凝胶是一类特殊的智能水凝胶，它克服了导电聚合物共轭体系固有的高刚性，能协同发挥导体的电子特性和水凝胶的柔软性，可用来制造柔性电子器件，在软机器人、人体运动监测传感器、人机交互等方面具有广阔的应用前景。

目前制备导电水凝胶的常用方法是将导电填料（如碳纳米管等）或导电聚合物（如聚苯胺等）引入到聚合物网络。然而，由于导电填料在大多数水凝胶中的积累趋势，以及导电单体的自聚合特性，使水凝胶的导电性能和力学性能下降。最近，离子导电水凝胶因其简单的制备工艺和更高的电导率而受到科研者们的广泛关注。

值得注意的是，离子导电水凝胶目前仍存在高机械性能和高导电性不能兼顾等制约因素。例如，在生物电子学的相关应用中，导电材料不仅需要具有良好的生物相容性，以便它们能够长期地与人体（如皮肤、肌肉、心脏或大脑）一起使用，更重要的是，它们需要同时具备高导电性和良好的机械性能，这些特性可以保证相关系统在承受巨大的机械载荷及大应变下仍保持较高的导电性以用于信号传输，同时也避免意外断裂造成系统崩溃等问题。因此，开发同时具有高机械强度和导电性的水凝胶成为近几年的研究热点。

发明内容

本发明旨在提供一种具有高强度、可拉伸的PAA-Fe³⁺/AG离子导电水凝胶的制备方法，解决了现有技术中水凝胶高机械强度和高导电性能不能同时兼顾的问题

本发明提供了一种具有高强度、可拉伸的PAA-Fe³⁺/AG（聚丙烯酸-三价铁离子/琼脂）离子导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、制备琼脂水溶液

将琼脂在90℃的水中完全溶解，之后冷却至40-50℃，得到1-3 wt% 的琼脂水溶液；

步骤二、不同Fe³⁺含量水凝胶的制备

以过硫酸钾（丙烯酸用量的0.5-1.5wt%）为引发剂，Fe³⁺（FeCl₃.6H₂O质量分数为丙烯酸的1-5%）为交联剂，加入步骤一所得的琼脂水溶液，丙烯酸自由基聚合制备了水凝胶，丙烯酸与琼脂的质量比为(6-25):(1-3)。

步骤三、将制得的水凝胶浸泡在饱和氯化钠溶液中，浸泡时间控制在0-24 h，得到不同机械强度和电导率的PAA-Fe³⁺/AG离子导电水凝胶。所得水凝胶的性能：最优水凝胶的最高拉伸强度为1.9 MPa，最优断裂伸长率为600%，最高电导率为5.5 S m^-1。

步骤二所述水凝胶的成型条件为50-60℃下聚合1-2 h。

整个反应的去离子水用量控制在丙烯酸质量的4-6倍。

本发明制备的PAA-Fe³⁺/AG离子导电水凝胶的性能检测方法，步骤如下：

1）PAA-Fe³⁺/AG离子导电水凝胶的力学性能检测