[发明专利]一种耐低温、抗失水导电水凝胶的制备方法及其应变传感器

说明书

本发明提供一种耐低温、抗失水导电水凝胶的制备方法和其应变传感器。本发明所述水凝胶以聚乙烯醇和硼砂为水凝胶骨架，以水为溶剂，并掺入银纳米颗粒修饰的碳纳米管作为导电物质，甘油作为提高水凝胶的抗失水性能的物质掺入体系中。本发明的方法操作简单，制备得到的聚乙烯醇水凝胶同时具有弹性、延展性、导电性、抗低温以及抗失水性，克服了传统水凝胶导电性差、易失水以及不耐低温等特点，可以将其应用在低温材料以及应变传感等领域。

【技术领域】

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种聚乙烯醇/硼砂/甘油/碳纳米管耐低温导电水凝胶的制备方法和应用。

【技术背景】

水凝胶是一种由交联聚合物组成的不溶于水的新型功能高分子材料，以其含水量高、柔软、具有橡胶般的粘稠性、种类繁多和良好的生物相容性在农林、园艺、纺织、医疗、人类仿生皮肤等方面具有广泛的应用。

超低分子量聚乙烯醇树脂，可在60-90℃水中溶解，其水溶液有很好的粘接性、成膜性和乳化性。它形成的膜具有优异的接着力，耐溶剂性，耐摩擦性，伸张强度与氧气阻绝性，同时，利用聚乙烯醇所制备得到的水凝胶除了具备一般凝胶的性能外，还具有低毒性、机械性能良好(高弹性模量和高机械强度)、吸水量大和生物相容性等优点，由于其机械性能良好，在可穿戴领域具有广泛的应用。

然而，目前大部分水凝胶材料在干旱条件下容易失水变干，在严寒气候下容易冻结失效，丧失很多功能，如弹性、导电性、透明性和自适应性等。文章ExtremelyStretchable Strain Sensors Based on Conductive Self-Healing Dynamic Cross-Links Hydrogels for Human-Motion Detection(Guofa Cai，Jiangxin Wang，Kai Qian，Jingwei Chen，Shaohui Li，and Pooi See Lee，Advanced Science.2017，4，1600190)中介绍的聚乙烯醇/具有较低的导电性能且几乎不具备保水性能；文章A self-healable andhighly flexible supercapacitor integrated by dynamically cross-linkedelectro-conductive hydrogels based on nanocellulose-templated carbonnanotubes embedded in a viscoelastic polymer network(Jingquan Han，HuixiangWang，Yiying Yue，Changtong Mei，Jizhang Chen，Chaobo Huang，Qinglin Wu，Xinwu Xu，Carbon.2019，149，1-18)，中介绍的水凝胶只采用了聚乙烯醇和水的简单体系，当温度低于零下时，该水凝胶很容易冻结成刚性固体；文章Supramolecular nanofibrillarhydrogels as highly stretchable，elastic and sensitive ionic sensors(XiaohuiZhang，Nannan Sheng，Linan Wang，Yeqiang Tan，Chunzhao Liu，Yanzhi Xia，Zhihong Nieand Kunyan Sui，MATERIALS HORIZONS.2019，6，326-333)中介绍了海藻酸钠纳米纤维和聚丙烯酰胺构成的双网络水凝胶，其不具备防冻和保湿能力，阻碍了其应用发展。对于穿戴式导电水凝胶柔性器件，水凝胶内水的冻结会导致器件失去弹性和导电性以及其他性能，严重限制其在低温环境下的应用。因此，开发一种高导电、高拉伸、耐低温、保水性较好的水凝胶在传感领域具有重要意义。

【发明内容】