[发明专利]一种高强聚阴阳离子智能功能凝胶的制备方法

说明书

本发明涉及一种高强聚阴阳离子智能功能凝胶电解质的制备方法，该方法是将光引发剂、单体加入到去离子水中，混合均匀，再通过紫外光辐照，光引发剂产生自由基，进而引发单体发生自由基聚合反应，生成具有三维网络结构的水凝胶电解质。与现有技术相比，本发明采用的阴阳离子聚合的方法制备出含有聚合物骨架的立体的三维网络结构，空间结构内充满了溶剂，从而整体上加速了离子的输送。同时阴阳离子在水中释放出反离子，进一步提高了电导率。为提高凝胶的机械强度，添加了两性高分子，不但可以增强凝胶，而且可以增加凝胶的延展性。紫外聚合的方法，制备条件温和，操作简便，容易实施，并且可以得到需要的各种形状的样品。

技术领域

本发明属于水凝胶及新能源领域，涉及一种类型的智能高强功能性水凝胶的制备。

背景技术

胶体粒子或高分子在一定条件下互相连接，形成空间网状结构，结构空隙中充满了作为分散介质的液体(在气凝胶中也可以是气体)，这样一种特殊的分散体系称作凝胶。以水为溶剂的凝胶为水凝胶(hydrogel)。凝胶材料因具有良好的粘弹性，透明性，在生物传感器，组织工程等生物医学领域以及柔性电子和柔性机器等工程技术领域具有重要科学意义和广阔的应用前景。并且可以根据特殊的使用要求，对其力学性能、生物相容性、功能化等进行设计调控，以满足在不同领域中的需求。

水凝胶是由水和三维的聚合物网络组成的材料，网络中的交联点可以是共价键构成的化学交联点或者离子键、氢键、疏水作用、配位作用等构成的物理交联点。到目前，制备高强度水凝胶的方法主要为两种：一种是从分子设计出发制备均匀的凝胶网络；另一种为在凝胶网络结构中互穿另外一个牺牲网络构成双凝胶网络，通过牺牲网络的结构破坏耗散能量。水凝胶的聚合物网络是通过交联点链接聚合物链形成。普通的交联结构往往是单一的共价键或超分子相互作用，为了提高材料机械性能，需要增强交联作用力；而为了获得自修复能力，交联结构应该是动态的、且比较容易打开的(意味着相对较弱的作用力)。聚阴阳离子凝胶同时具备了较强的化学键以及较弱的静电作用，可同时保证高机械强度与自修复能力。

在紫外光照射条件下，光引发剂产生自由基进而引发含双键的单体发生聚合，形成高分子链。高分子链之间相互缠绕折叠组成网络结构，反应操作简单，成胶快速可控，是一种可广泛使用的制备高强度凝胶材料的简便方法。聚阴阳离子凝胶制备中依靠高分子链之间的静电作用结合在一起无需添加化学交联剂，从而有利于凝胶电解质的回收再利用。

在固态电解质体系中，水凝胶全固态电解质是极具潜力和环境友好的可作为一体化隔膜的凝胶电解质材料。由于电解质中含有一定量的水，相比于其它固态电解质，水凝胶聚合物的电导率一般都比较高。同时聚阴阳离子水凝胶中含有较多的反离子，可进一步提高电解质的离子电导率。固态凝胶电解质可以避免电解液的泄漏问题，封装方面也更加简易便捷。所以具有电化学活性的水凝胶有望成为柔性储能材料，在柔性电子器件领域展现出光明的应用前景。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高强聚阴阳离子智能功能凝胶电解质的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种高强聚阴阳离子智能功能凝胶电解质的制备方法，其特征在于，该方法是将光引发剂、单体加入到去离子水中，混合均匀，再通过紫外光辐照，光引发剂产生自由基，进而引发单体发生自由基聚合反应，生成具有三维网络结构的水凝胶电解质。

所述的方法具体包括以下步骤：

(1)将单体、光引发剂加入到去离子水中，磁力搅拌至完全溶解呈透明状，制备得到均匀的混合溶液；

(2)将步骤(1)制备得到的混合溶液在25℃条件下，采用光强为25-30mW/cm²的紫外光下进行辐照，反应1～3h即制备得到水凝胶电解质。

步骤(1)还可以加入交联剂、两性高分子、锂盐或离子液体。