一种可回收多功能离子凝胶及其制备方法

本发明属于离子凝胶，涉及一种具有优良导电性、应变灵敏性、黏附性能、自修复性能以及良好的回收再利用性能的可回收多功能离子凝胶及其制备方法。

背景技术：

1、离子凝胶作为一种软湿性柔性导电材料，凭借其优异的柔韧性和导电性能在可穿戴设备、柔性显示屏、智能织物等应用中展现出广阔的前景。但随着柔性电子技术的不断发展以及人们环保意识的增强，人们对于柔性导电材料的需求不仅满足于柔性电子器件在导电、可延展性能上的高要求，还需要材料在可持续、高效稳定等方面达到新的高度。因此，传统离子凝胶作为柔性导体的一些弊端也展现出来，如将刚性导电纳米材料或液态金属结合到可拉伸的聚合物网络中制备的柔性导电凝胶材料，随着界面的破坏常常面临不可逆损伤，这就造成使用后废弃、难以回收利用的问题，不仅会产生电子废物还会导致资源浪费，与绿色、环保的生态理念相悖；此外，传统离子凝胶还面临着离子液体的泄露问题，如随着温度变化或长时间使用等，离子液体可能会从凝胶聚合物网络中渗出或泄露，大大降低了其作为柔性电子器件的稳定性，这在一定程度上限制了其实际应用。因此开发可回收的稳定柔性导电材料是对于实现环保可持续发展是十分必要的。

2、可聚合低共熔溶剂（polymerizable deep eutectic solvent, pdes）作为一种新型可聚合溶剂，在继承低共熔溶剂(deep eutectic solvent, des)低熔点、低挥发性、抗冻、自修复、高离子电导率以及良好的化学稳定性等优点的基础上，进一步赋予了溶剂可聚合的特性。由于体系内存在丰富的非共价键，包括氢键、离子键以及范德华力等，基于可聚合低共熔溶剂合成的离子凝胶不仅具有良好的导电性、还有优异的柔韧性，在各种复杂的形变和弯曲下而不损伤导电性能，这种特性使得它非常适合用于制造可穿戴设备、柔性显示屏等需要高柔韧性的应用。值得一提的是，由于氢键网络的高度可逆性，可聚合低共熔溶剂基离子凝胶经机械断裂后可以实现再回收利用，并且不会明显牺牲原有的功能。此外，由于可聚合低共熔溶剂本身良好的溶解能力和化学稳定性，能够与聚合物三维网络紧密结合，使得离子凝胶在制备过程中能够形成均匀稳定的微观结构，从而解决了离子液体泄露的问题。可聚合低共熔溶剂的这些优良性能为制备可回收、高性能柔性导电材料提供了一种新的策略。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有优良导电性、应变灵敏性、黏附性能、自修复性能以及良好的回收再利用性能的可回收多功能离子凝胶及其制备方法。

2、其技术方案如下：

3、步骤1：将咪唑型离子液体、丙烯酰胺、甘油按照一定比例混合，在油浴条件下加热搅拌，直至形成透明均一溶液，即得到三元可聚合低共熔溶剂;

4、步骤2：加入光引发剂，搅拌均匀后，经紫外光照射聚合，得到可回收多功能离子凝胶。

5、作为优选，咪唑型离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑氯盐。

6、作为优选，咪唑型离子液体、丙烯酰胺、甘油摩尔比为1:1:0.3，油浴温度为70 ℃，搅拌时间为30 min。

7、作为优选，光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基乙酮，光引发剂的量为丙烯酰胺单体物质的量的1%。

8、作为优选，所述的密闭模具为方形模具，其组成为两片方形的全透光玻璃片中间夹有2 mm厚的橡胶片，所述橡胶片为中空状，镂空部位尺寸为6 cm×6 cm的正方形。

9、作为优选，紫外光照射时间为8 min。

10、一种具有优良导电性、应变灵敏性、黏附性能、自修复性能以及良好的回收再利用性能的可回收多功能离子凝胶，通过上述制备方法制备得到。

11、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

12、1.本发明制备的可回收多功能离子凝胶经机械断裂后可以实现再回收利用，并且不会明显牺牲原有的功能。

13、2.本发明制备的可回收多功能离子凝胶由于本身良好的溶解能力和化学稳定性，能够与聚合物三维网络紧密结合，使得离子凝胶在制备过程中能够形成均匀稳定的的微观结构，从而了其防止离子液体泄露的问题。

14、3.本发明制备的可回收多功能离子凝胶具有优异的导电性能，室温下电导率可达0.41 ms/cm。

15、4.本发明制备的可回收多功能离子凝胶具有优异的自修复性能，自修复效率为85%。

技术特征：

1.一种可回收多功能离子凝胶及其制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1所述咪唑型离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐中的一种；咪唑型离子液体、丙烯酰胺、甘油的摩尔比为1:1:0.1～1:1:1。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1所述的加热温度为60～80 ℃；搅拌时间为10～40 min。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2所述的光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮；用量为丙烯酰胺单体物质的量的1%～5%。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2所述的紫外光照射时间为5～15min。

6.一种可回收多功能离子凝胶，其特征在于，如权利要求1-5任一所述的制备方法制备得到。

技术总结本发明公开了一种可回收多功能离子凝胶及其制备方法。本发明以咪唑型离子液体为氢键受体，丙烯酰胺和甘油为氢键供体，按照一定比例合成三元可聚合低共熔溶剂，通过紫外光照射诱导自由基聚合制备了一种可回收多功能离子凝胶。本发明制备的可回收多功能离子凝胶具有优良的导电性能（室温下电导率可达0.41 mS/cm）、应变灵敏性、黏附性能、自修复性能以及良好的回收再利用性能。本发明制备的可回收多功能离子凝胶在柔性电子器件领域具有广阔的应用前景。技术研发人员：李楠,杨乐,陈威,邱迎轩受保护的技术使用者：曲阜师范大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2