[发明专利]一种具有超拉伸性能的聚磷酸镍无机水凝胶的制备方法

说明书

本发明涉及一种具有超拉伸性能的聚磷酸镍无机水凝胶的制备方法，属于无机功能高分子材料领域。本发明的一种具有超拉伸性能的聚磷酸镍无机水凝胶的制备方法，所用主要原料为高分子量的聚磷酸铵和小分子无机盐：氯化钠和氯化镍，在室温下搅拌、混合即可，易于操作。聚磷酸镍无机水凝胶的形成主要依靠的是镍离子与磷酸根离子之间的配位相互作用，这种动态的非共价键赋予凝胶超拉伸性能和自修复性能。同时，因其网络结构中存在可自由移动的离子(如Ni²⁺,Na⁺,Cl^‑)，聚磷酸镍无机水凝胶具有良好的导电性。

技术领域

本发明属于无机功能高分子材料领域，具体涉及一种具有超拉伸性能的聚磷酸镍无机水凝胶的制备方法。

背景技术

近年来，软体机器人已发展成为一个研究热点。水凝胶传感器是软体机器人领域的重要研究对象，它能够将检测到的外部机械形变(比如拉伸、压缩、弯曲等)转化为可以记录的电学信号(比如电流、电阻和电容)，广泛应用于电子皮肤、健康监测等领域。目前，基于水凝胶的传感器多是将不同的导电填料(比如金属、碳纳米管、石墨烯、导电聚合物和电解质)掺杂进柔性的聚合物基质中，构筑高性能的应变传感器。在外界机械应变或应力作用下，导电填料之间的界面电阻会发生变化，进而引起电学信号的变化。虽然这类传感器有较高的灵敏度，但是它们的最大断裂伸长率不超过100％，这限制了水凝胶传感器在更大拉伸条件下的应用。

为了使水凝胶有高的拉伸性能，人们研发了双网络水凝胶。双网络水凝胶由至少两种聚合物链通过化学和物理交联(比如：离子相互作用、氢键、疏水相互作用)形成互穿网络。在外力的作用下，较薄弱的第一层网络遭到大量破坏，耗散大量能量；第二层网络保持结构的完整性，继续被拉伸。最终，得到具有较高拉伸性能的水凝胶。但是，双网络水凝胶的制备过程往往比较繁琐。目前，亟需寻求一种简单、易操作的方法来制备超拉伸水凝胶。

发明内容

本发明的目的是针对现有导电水凝胶材料断裂伸长率差、制备过程繁琐的问题，提供一种具有超拉伸性能的聚磷酸镍无机水凝胶的制备方法。

本发明实施例提供一种具有超拉伸性能的聚磷酸镍无机水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将聚磷酸铵加入到去离子水中，并搅拌均匀，获得聚磷酸铵悬浮液；

步骤2：将氯化钠加入到去离子水中，获得氯化钠溶液，将所述氯化钠溶液加入到所述聚磷酸铵悬浮液中，获得所述混合物溶液；

步骤3：将氯化镍加入到去离子水中，获得氯化镍溶液，并在搅拌或超声条件下，将所述氯化镍溶液加入到所述混合物溶液中，发生交联作用形成团聚物。将所述团聚物收集，并于密封的玻璃器皿中静置8-12小时，得到聚磷酸镍无机水凝胶。其中，氯化镍中镍离子与聚磷酸铵中磷酸根离子的摩尔计量比应大于1:2。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，所述聚磷酸铵的聚合度＞1000。

进一步的，所述氯化钠与聚磷酸铵的质量比为1:3-5:3。

进一步的，所述氯化钠与聚磷酸铵的质量比为2:3。

本发明的有益效果是：本发明所制备的聚磷酸镍无机水凝胶网络结构中存在镍离子和磷酸根离子之间的动态相互作用，具有超拉伸性能和自修复性能。聚磷酸镍无机水凝胶网络结构中自由离子(比如：Ni²⁺,Na⁺,Cl^-)的存在使其具有导电性，对应变响应灵敏。本发明提出的单一物理交联导电水凝胶制备方法简单、易操作，不涉及复杂的分子设计、合成和制备过程，且性能突出，与普通导电水凝胶相比，具有超拉伸的性能(拉伸比6000)。这种具有超拉伸性能和自修复性能的导电水凝胶在广泛的领域有潜在的应用价值。

具体实施方式