一种抗静电屏蔽的梯度聚电解质水凝胶、制备方法和应用与流程

本发明涉及凝胶材料，具体涉及一种抗静电屏蔽的梯度聚电解质水凝胶、制备方法和应用。

背景技术：

1、在现代电子器件和通信设备的运行中，静电干扰和电磁辐射已成为设备故障和数据传输错误的潜在风险。静电屏蔽材料以其独特的性能，成为防止这些静电干扰和电磁辐射，确保设备稳定运行的关键。

2、传统的静电屏蔽材料主要包括金属和导电聚合物，尽管在导电性方面表现出色，但各自存在局限性。金属材料因其重量和刚度特性，在柔性或轻量级设备中的应用受到较大限制。相比之下，导电聚合物材料，特别是聚合物水凝胶，因其轻质、柔韧和可塑的特性，在电子器件的屏蔽和保护领域受到青睐。

3、然而，聚合物水凝胶作为静电屏蔽材料也存在一些问题。首先，其导电性能尚待提升，难以满足高标准的屏蔽需求。其次，其静电屏蔽效果在均匀性方面有所欠缺，无法为设备的多部位提供均衡的保护。最后，长期使用下，传统聚合物水凝胶可能会出现分离或性能退化，进而影响其屏蔽效果。因此，针对这些问题，对聚合物水凝胶的进一步优化显得尤为必要。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种抗静电屏蔽的梯度聚电解质水凝胶、制备方法和应用，以解决现有聚合物水凝胶存在导电性有限，无法满足高标准的屏蔽需求的问题，还可以解决现有聚合物水凝胶存在静电屏蔽效果均匀性差，无法适应多部位的屏蔽需求的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种抗静电屏蔽的梯度聚电解质水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

4、向聚合物前驱体中加入交联剂，进行交联反应，得到水凝胶；

5、向水凝胶中加入电解质，得到梯度聚电解质水凝胶；

6、对梯度聚电解质水凝胶进行表面处理，得到抗静电屏蔽的梯度聚电解质水凝胶；

7、所述聚合物前驱体选自羟丙基甲基纤维素和聚乙烯亚胺中的一种或者两种。

8、根据上述技术手段，通过在水凝胶中逐渐添加电解质，从而形成梯度聚电解质水凝胶，进而有效调节了水凝胶的导电性能和静电屏蔽效果，且梯度分布设计不仅有助于降低静电干扰和电磁辐射，提升电子器件与通信设备的稳定性和可靠性，还有助于减少电磁辐射，提高电子器件和通信设备的稳定性，使得电子器件和通信设备在面临静电干扰和电磁辐射时，仍能保持稳定的性能；同时对梯度聚电解质水凝胶进行表面处理，进一步有效增强了梯度聚电解质水凝胶的抗静电屏蔽效果。解决了现有聚合物水凝胶存在导电性有限，无法满足高标准的屏蔽需求的问题。

9、优选的，所述表面处理选自等离子体处理、辐射处理和表面涂覆处理中的至少一种。

10、优选的，所述向水凝胶中加入电解质包括通过逐渐增加或逐渐减少添加速率的方式向水凝胶中添加电解质，或者通过逐渐增加或逐渐减少浓度的方式向水凝胶中添加电解质，以实现水凝胶内部电解质的梯度分布。

11、通过采用逐渐增加或逐渐减少添加速率的方式，或者逐渐增加或逐渐减少梯度聚电解质的浓度的方式，以精确控制水凝胶中电解质的梯度分布，使得制得的抗静电屏蔽的梯度聚电解质水凝胶在相应部位具备对应的导电性能，实现了有针对性的静电屏蔽效果，满足了多应用场景下的使用要求。解决了现有聚合物水凝胶存在静电屏蔽效果均匀性差，无法适应多部位的屏蔽需求的问题。

12、优选的，所述等离子体处理包括：将梯度聚电解质水凝胶置于等离子体环境中进行处理，使得梯度聚电解质水凝胶表面的表面能提高和粗糙度降低。

13、通过对梯度聚电解质水凝胶表面进行等离子体处理，有效改变了凝胶表面的化学组成、表面能、粗糙度等特性，使得梯度聚电解质水凝胶表面的化学结构发生改变，主要表现为官能团的增加(例如羧基和羟基的引入)，从而提高了表面能和减小了表面粗糙度，继而增强了凝胶的抗静电性能和亲水性。

14、优选的，所述等离子体处理的压力为0.1～1.0mbar，处理气体选自氧气或氩气，处理时间为1～10分钟，处理功率为100～500w。

15、优选的，所述辐射处理包括：将梯度聚电解质水凝胶置于电子束辐照或紫外线辐照射环境中，使得梯度聚电解质水凝胶表面产生自由基，以促进交联反应。

16、通过对梯度聚电解质水凝胶进行辐射处理，以引发梯度聚电解质水凝胶表面的聚合物链发生c-c键和c-h键的断裂，产生自由基，如羟基自由基和羧基自由基。这些自由基促使发生交联反应，形成新的化学键(如c-o-c和c-c交联键)，从而有效改变了凝胶表面的结构和性质，增强了凝胶的抗静电性能、机械性能和耐腐蚀性能，进而提高了水凝胶的电导率和抗静电能力。

17、优选的，所述电子束辐照的剂量为10～100kgy。

18、优选的，所述紫外线辐照的波长为200～400nm。

19、优选的，所述辐照时间为1～60分钟。

20、优选的，所述表面涂覆处理包括：通过涂覆方式在梯度聚电解质水凝胶的表面涂覆抗静电材料。

21、通过采用涂覆方式在梯度聚电解质水凝胶的表面涂覆抗静电材料，以提供额外的抗静电屏蔽层，进一步有效阻止了静电荷的积累和传播，增强了凝胶的抗静电屏蔽性能。

22、优选的，所述涂覆方式选自喷涂或者浸涂。

23、优选的，所述涂覆抗静电材料的厚度为1～10微米，涂覆后进行烘干处理，烘干温度为50～100℃，烘干时间为30～120分钟。

24、优选的，所述抗静电材料选自聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、碳纳米管和石墨烯中的至少一种。

25、优选的，所述交联剂选自硼酸和硫酸中的一种或者两种。

26、优选的，所述电解质选自氯化钠和氯化铵中的一种或者两种。

27、优选的，所述聚合物前驱体、交联剂、电解质的质量比为1:0.05:0.1～1:0.2:0.4。

28、优选的，所述交联反应选自热交联反应、紫外光交联反应和化学交联反应中的至少一种。

29、优选的，所述热交联反应的温度在50℃～100℃之间。

30、优选的，所述热交联反应的时间在1h～24h之间。

31、优选的，所述紫外光交联反应的波长为250-400nm，功率为20-200w/m2，时间为10-120分钟，光引发剂选自苯酮。

32、优选的，所述化学交联反应的交联剂选自戊二醛和戊二烯酸中的一种或两种，温度为20℃～80℃，时间为1～6小时。

33、优选的，在进行交联反应之前，还包括将聚合物前驱体和交联剂加入到溶剂中，得到混合物，并对混合物搅拌，搅拌的转速在100rpm～1000rpm之间，搅拌的时间在10min～60min之间。

34、通过对混合物进行搅拌处理，使得聚合物前驱体和交联剂充分混合，并形成均匀的混合溶液。

35、优选的，在对所述梯度聚电解质水凝胶进行表面处理之前，还包括对梯度聚电解质水凝胶进行固化和干燥处理，所述固化和干燥处理的温度在80℃～150℃之间，所述固化和干燥处理的时间在1h～6h。

36、本发明还提供一种如本发明所述的制备方法制得的抗静电屏蔽的梯度聚电解质水凝胶。

37、本发明还提供一种如本发明所述的抗静电屏蔽的梯度聚电解质水凝胶作为抗静电屏蔽材料的应用。

38、本发明的有益效果：

39、1)本发明的抗静电屏蔽的梯度聚电解质水凝胶的制备方法，通过在水凝胶中逐渐添加电解质，从而形成梯度聚电解质水凝胶，进而有效调节了水凝胶的导电性能和静电屏蔽效果，且梯度分布设计不仅有助于降低静电干扰和电磁辐射，提升电子器件与通信设备的稳定性和可靠性，还有助于减少电磁辐射，提高电子器件和通信设备的稳定性，使得电子器件和通信设备在面临静电干扰和电磁辐射时，仍能保持稳定的性能。同时对梯度聚电解质水凝胶进行表面处理，进一步有效增强了梯度聚电解质水凝胶的抗静电屏蔽效果。

40、2)本发明的抗静电屏蔽的梯度聚电解质水凝胶的制备方法，通过选取独特的水凝胶原材料，实现了卓越的结构稳定性和耐久性，该水凝胶材料能长期保持其性能和功能，降低分离或退化的风险；同时，通过优化聚合物前驱体和交联剂的比例，以及设定适宜的固化与干燥条件，保证了制得的水凝胶材料具有较好的耐磨性和耐腐蚀性，有助于延长水凝胶材料的使用寿命和确保其性能的稳定性具有重要意义。且通过选用生物相容性聚合物和绿色环保的交联剂，保证了水凝胶材料对人体和环境的安全，在凝胶材料技术领域，具有推广应用价值。