一种基于N-异丙基丙烯酰胺的多功能导电共晶凝胶及其制备方法和应用

本发明属于智能软材料领域，特别涉及一种基于n-异丙基丙烯酰胺的多功能导电共晶凝胶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、水凝胶是具有高含水量和三维网络的多孔材料，它们是由亲水性天然或合成聚合物的物理或化学交联形成的。水凝胶的柔韧性和可调节的弹性模量减少了与生物组织的机械错配，它们是制备传感器的有前途的材料。导电水凝胶因其优异的生物相容性、适宜的杨氏模量和出色的导电性，在柔性电子领域引起了广泛的关注。然而，水凝胶固有的富水特性和界面粘附不足阻碍了水凝胶基器件在复杂环境中应用的稳定性和可靠性。因此解决水凝胶的易失水特性和界面粘附不足的问题有利于促进导电水凝胶在柔性传感器件中的应用。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术中存在的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种基于n-异丙基丙烯酰胺的多功能导电共晶凝胶的制备方法；该方法通过合理的分子设计，构建一种psbma/pnipam/paa/pda@ag导电共晶凝胶，其中聚合物单体(aa和sbma)可以提高粘附性能，pda@ag可以提高凝胶体系的光热转换效率、光热转化能力和粘附性能，深共晶溶剂可以提高水凝胶的防冻保水性能以及传感性能；聚合物单体nipam还赋予了凝胶lcst，可以实现凝胶透明和不透明的切换，使得该水凝胶不仅可以通过应变传感来监测人体运动，还具有透明度切换的防伪能力。

2、本发明的另一目的在于提供一种上述制备方法制备得到的基于n-异丙基丙烯酰胺的多功能导电共晶凝胶。

3、本发明的再一目的在于提供一种上述基于n-异丙基丙烯酰胺的多功能导电共晶凝胶的应用。

4、本发明的目的通过下述技术方案实现：

5、一种基于n-异丙基丙烯酰胺的多功能导电共晶凝胶的制备方法，包括以下操作步骤：

6、(1)通过溶液氧化法，将盐酸多巴胺、过硫酸铵、无水乙醇和纯水配制成盐酸多巴胺乙醇/水混合溶液，用碱液调节盐酸多巴胺乙醇/水混合溶液的ph值，搅拌反应，盐酸多巴胺氧化自聚合形成聚多巴胺纳米颗粒，经洗涤剂离心洗涤、冷冻干燥，得到聚多巴胺冻干粉；再将聚多巴胺冻干粉配制成聚多巴胺分散液；然后将硝酸银、纯水、氨水和上述聚多巴胺分散液混合，搅拌反应，形成pda@ag纳米颗粒，经洗涤剂离心洗涤、冷冻干燥，得到pda@ag冻干粉；

7、(2)按照乙二醇(eg)和导电剂摩尔比为4:1，在乙二醇(eg)中加入导电剂，置于热水浴中搅拌至溶解，配制共晶溶剂；

8、(3)采用一锅混合法，将步骤(1)所得pda@ag冻干粉、聚合物单体、交联剂、引发剂以及纯水加入到步骤(2)所得共晶溶剂中，混合均匀得到预聚液；将预聚液填充到模具中，紫外光照诱导聚合，得到基于n-异丙基丙烯酰胺的多功能导电共晶凝胶。

9、步骤(1)所述的ph值是调节至9-12；所述搅拌反应的温度均为20-40℃，反应的时间均为12-36h，搅拌的转速均为300-800rpm。

10、步骤(1)所述的盐酸多巴胺与过硫酸胺的摩尔比为2:1；所述无水乙醇和纯水的体积比为2:7；所述盐酸多巴胺与过硫酸胺的总用量为盐酸多巴胺乙醇/水混合溶液的0.85wt％。

11、步骤(1)所述的碱液为氨水、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或碳酸氢钠溶液；所述的洗涤剂为纯水和无水乙醇。

12、步骤(2)所述的热水浴的温度为70-75℃。

13、步骤(3)所述聚合物单体为n-异丙基丙烯酰胺(nipam)、[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵(sbma)和丙烯酸(aa)；所述导电剂为氯化锂、氯化锌、氯化镁、氯化铁和氯化铝中的一种；所述交联剂为n，n’-亚甲基双丙烯酰胺、双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯或聚乙二醇二甲基丙烯酸酯；所述引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮。

14、步骤(3)所述pda@ag用量为多功能导电共晶凝胶的0.075-0.102wt％；所述聚合物单体用量为多功能导电共晶凝胶的29-39wt％；所述深共晶溶剂用量为多功能导电共晶凝胶的16.95-37.99％；所述交联剂用量为多功能导电共晶凝胶的0.192-0.258wt％；所述引发剂用量为多功能导电共晶凝胶的1.2-1.6wt％；所述紫外光照诱导聚合是在36w紫外光源下照射30min。

15、步骤(3)所述模具是用玻璃片构建的三明治结构的夹层结构；所述将预聚液填充到模具中是通过控制三明治结构的上下两层玻璃片的距离控制最终所得多功能导电共晶凝胶的厚度。

16、一种由上述的制备方法制备得到的基于n-异丙基丙烯酰胺的多功能导电共晶凝胶，其特征在于：所述多功能导电共晶凝胶是通过电信号峰值以及峰型的变化监测人体运动，并通过可逆切换近红外实现按需透明和不透明的切换。

17、上述的一种基于n-异丙基丙烯酰胺的多功能导电共晶凝胶在传感器以及防伪层中的应用。

18、上述的一种基于n-异丙基丙烯酰胺的多功能导电共晶凝胶在柔性可穿戴设备、人机交互或医疗健康监测中可以实现通过监测人体运动的应用。

19、本发明相对于现有技术具有如下的优点及有益效果：

20、(1)本发明基于n-异丙基丙烯酰胺的多功能导电共晶凝胶不仅具有优异的光热转换能力，优异的应变传感性能，还具有显著的透明度切换能力，从而不仅可以用于柔性传感器件领域，还可以用于防伪领域。

21、(2)本发明制备得到的基于n-异丙基丙烯酰胺的多功能导电共晶凝胶，应用于防伪和传感领域，兼具透明度切换和人体运动检测的功能；其优异的应变传感性能可用于监测人体运动和个人健康；此外，其优异的光热性能和随温度响应的透明度切换能力使其可用于防伪领域，大大拓宽其应用范围。

技术特征：

1.一种基于n-异丙基丙烯酰胺的多功能导电共晶凝胶的制备方法，其特征在于包括以下操作步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于n-异丙基丙烯酰胺的多功能导电所述共晶凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的ph值是调节至9-12；所述搅拌反应的温度均为20-40℃，反应的时间均为12-36h，搅拌的转速均为300-800rpm。

3.根据权利要求1所述的一种基于n-异丙基丙烯酰胺的多功能导电共晶凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的盐酸多巴胺与过硫酸胺的摩尔比为2:1；所述无水乙醇和纯水的体积比为2:7；所述盐酸多巴胺与过硫酸胺的总用量为盐酸多巴胺乙醇/水混合溶液的0.85wt％。

4.根据权利要求1所述的一种基于n-异丙基丙烯酰胺的多功能导电共晶凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的碱液为氨水、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或碳酸氢钠溶液；所述的洗涤剂为纯水和无水乙醇。

5.根据权利要求1所述的一种基于n-异丙基丙烯酰胺的多功能导电共晶凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的热水浴的温度为70-75℃。

6.根据权利要求1所述的一种基于n-异丙基丙烯酰胺的多功能导电共晶凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述聚合物单体为n-异丙基丙烯酰胺、[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵和丙烯酸；所述导电剂为氯化锂、氯化锌、氯化镁、氯化铁和氯化铝中的一种；所述交联剂为n，n’-亚甲基双丙烯酰胺、双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯或聚乙二醇二甲基丙烯酸酯；所述引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮。

7.根据权利要求1所述的一种基于n-异丙基丙烯酰胺的多功能导电共晶凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述pda@ag用量为多功能导电共晶凝胶的0.075-0.102wt％；所述聚合物单体用量为多功能导电共晶凝胶的29-39wt％；所述深共晶溶剂用量为多功能导电共晶凝胶的16.95-37.99％；所述交联剂用量为多功能导电共晶凝胶的0.192-0.258wt％；所述引发剂用量为多功能导电共晶凝胶的1.2-1.6wt％；所述紫外光照诱导聚合是在36w紫外光源下照射30min。

8.根据权利要求1所述的一种基于n-异丙基丙烯酰胺的多功能导电共晶凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述模具是用玻璃片构建的三明治结构的夹层结构；所述将预聚液填充到模具中是通过控制三明治结构的上下两层玻璃片的距离控制最终所得多功能导电共晶凝胶的厚度。

9.一种由权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到的基于n-异丙基丙烯酰胺的多功能导电共晶凝胶，其特征在于：所述多功能导电共晶凝胶是通过电信号峰值以及峰型的变化监测人体运动，并通过可逆切换近红外实现按需透明和不透明的切换。

10.根据权利要求9所述的一种基于n-异丙基丙烯酰胺的多功能导电共晶凝胶在传感器以及防伪层中的应用。

技术总结本发明属于智能软材料领域，公开了一种基于N‑异丙基丙烯酰胺的多功能导电共晶凝胶及其制备方法和应用。本发明多功能导电共晶凝胶由共晶溶剂、聚合物单体、PDA@Ag、交联剂、引发剂和水组成。本发明通过应变传感相关测试，此凝胶具优异的应变传感性能，可用于人体不同部位的运动以及个人健康监测，同时本发明还具有LCST，可以实现温度在LCST上下的透明度切换，拓宽其在防伪领域的应用。技术研发人员：林文静,李佳鑫,吴裕玲,程昶,易国斌,张嘉莹,林镱斌,陈铎衢,邓柯栋受保护的技术使用者：广东工业大学技术研发日：技术公布日：2024/12/2