[发明专利]一种可拉伸的石墨烯基导电水凝胶及其制备方法和应用

说明书

一种可拉伸的石墨烯基导电水凝胶及其制备方法和应用。本发明属于导电水凝胶领域。本发明的目的是为了解决现有石墨烯基水凝胶传感的灵敏度和稳定性较差的技术问题。本发明提供一种复合层石墨烯基导电水凝胶，其具有三层结构，其中第一层为弹性体，作为传感器的基底部分，以提高传感器整体的力学性能，第二层以AAM和HEMA为单体，MBAA作为交联剂进行共聚，第三层以HEMA为单体，石墨烯为导电材料，MBAA为交联剂进行共聚。所得水凝胶层间通过强共价交联，不但提升了力学强度，与此同时也提高了传感信号的稳定程度。可作为传感单元应用于传感器中，用于人体的坐姿识别。

技术领域

本发明属于导电水凝胶领域，具体涉及一种可拉伸的石墨烯基导电水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

水凝胶是一种三维网状结构的高分子聚合物，具有一定的拉伸性、柔韧性和弹性，成为可穿戴柔性电子设备的候选材料之一，因此学界对水凝胶的导电性进行了深入的探究。研究发现，导电水凝胶主要分为离子导电水凝胶和碳基材料导电水凝胶，其中碳基材料导电水凝胶以其导电性良好，并且在多种应用环境下传感性能稳定著称，例如石墨烯基水凝胶应用于水下传感，并且稳定性良好。但是由于传统意义上的石墨烯水凝胶刚性较强，会导致整体结构硬而脆，影响传感的灵敏度和稳定性。

为了克服力学性能较差所带来的传感问题，迫切需要制备综合性能优异的导电水凝胶，这将拓宽更多的应用领域。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有石墨烯基水凝胶传感的灵敏度和稳定性较差的技术问题，而提供了一种可拉伸的石墨烯基导电水凝胶及其制备方法和应用。

本发明的目的之一在于提供一种可拉伸的石墨烯基导电水凝胶的制备方法，所述可拉伸的石墨烯基导电水凝胶的制备方法按以下步骤进行：

步骤1：将Ecoflex弹性体置于二苯甲酮/无水乙醇混合液中浸泡2-4h，得到底层弹性体；

步骤2：将丙烯酰胺(AAM)和甲基丙烯酸2-羟乙基酯(HEMA)加入去离子水/丙三醇混合液中，搅拌混匀后加入过硫酸铵(APS)和N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)，继续搅拌混匀，得到第一预聚液，然后将其倾倒在底层弹性体表面，并进行紫外聚合，在弹性体表面形成第一凝胶层，得到双层凝胶；

步骤3：向去离子水/丙三醇混合液中加入甲基丙烯酸2-羟乙基酯(HEMA)和石墨烯，搅拌混匀后加入过硫酸铵(APS)和N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)，继续搅拌混匀，然后除泡，再加入四甲基乙二胺(TEMED)，得到第二预聚液，将其倾倒在双层凝胶表面，在40-75℃下反应，反应结束后于室温下冷却，在第一凝胶层表面形成第二凝胶层，得到可拉伸的石墨烯基导电水凝胶。

进一步限定，步骤1中Ecoflex弹性体制备过程：将己二酸丁二醇酯溶液和对苯二甲酸丁二醇酯溶液按(0.33-3)：1的质量比进行混合搅拌，然后固化3-6h。

进一步限定，步骤1所述二苯甲酮/无水乙醇混合液中的二苯甲酮的质量分数为10-20％。

进一步限定，步骤2中AAM与HEMA的比例为(0.9-1.2)g：(2.5-3.0)mL。

进一步限定，步骤2中AAM与去离子水/丙三醇混合液的质量比为(0.9-1.2)：3.5。

进一步限定，步骤2中AAM与APS、MBAA的质量比为(0.9-1.2)：(0.013-0.015)：(0.008-0.014)。

更进一步限定，去离子水/丙三醇混合液中去离子水和丙三醇的质量比为3：(0.4-0.6)。

进一步限定，步骤2中紫外聚合过程：在功率为85W、365nm的紫外光下光照40-45min。

进一步限定，步骤3中去离子水/丙三醇混合液与HEMA的比例为3.75g：(1-5)mL。