一种聚乙烯醇-苯胺四聚体有机水凝胶纤维及其制备方法和应用

本发明属于柔性可穿戴电子器件材料的，具体涉及一种聚乙烯醇-苯胺四聚体有机水凝胶纤维及其制备方法及应用。

背景技术：

1、水凝胶是一种以水为基质的新型软材料，由化学或物理等作用交联而成。水凝胶性能柔软、可拉伸、具有生物相容性，被认为是下一代可穿戴设备的载体候选之一，在可穿戴传感、储能设备、生物医用检测器件等方面具有潜在的应用价值。纤维状水凝胶的可编织性使其在可穿戴器件中具有独特的优势，如与衣物具有较好的整合性且透气性优异等，因此开发柔性可拉伸弹性传感水凝胶纤维具有重要的意义。

2、为提升水凝胶的导电性能和灵敏度，导电聚合物如聚苯胺、聚吡咯、聚3,4乙烯二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸钠等常常被用来制备兼具离子和电子两种导电机制的复合水凝胶。然而，因聚吡咯、聚苯胺难溶难熔的特性，导电复合水凝胶的构筑常常会涉及原位或者后生长的过程，使得工艺流程复杂化，且因活性物质量存在极限，水凝胶较难兼具高弹性、导电性、力学性能、灵敏性和抗冻保湿性。此外，水凝胶存在水分易蒸发及低温下易结冰的问题，限制了其在寒冷和干燥环境下的应用。现有的导电聚合物基水凝胶纤维制备过程繁琐、难以兼具高强度韧性、高应变灵敏性、及优良的保湿性和抗冻性。

3、

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高强韧、高导电、高应变灵敏、抗冻保湿的聚乙烯醇-苯胺四聚体有机水凝胶纤维及其制备方法及应用。

2、一种聚乙烯醇-苯胺四聚体有机水凝胶纤维的制备方法，包括如下步骤：

3、步骤（1）：制备溶液a：将聚乙烯醇基体、酸溶液溶于去离子水中，室温保存；制备溶液b：苯胺四聚体单体溶于有机溶剂，室温保存；

4、步骤（2）：将溶液a与溶液b混合搅拌均匀得到混合原液，将原液注入纤维模具中得到未成形水凝胶纤维；

5、步骤（3）：将上述包含未成形水凝胶纤维的模具置于冷冻液中进行结晶交联。

6、步骤（4）：将冷冻一定时间后的模具放置于一定温度下进行解冻，一定时间后脱模具得有机水凝胶纤维。

7、优选的是，本发明步骤（1）中的聚乙烯醇基体溶液为含有1 ~ 20 wt%的聚乙烯醇水溶液。

8、优选的是，本发明步骤（1）中的酸溶液为0.1 ~ 6 mol/l的盐酸，硫酸、磷酸或硝酸溶液中的一种或几种。

9、优选的是，本发明步骤（1）中的有机溶剂为乙二醇、丙三醇、戊二醇、丙酮、甲醇中的一种或多种溶液，苯胺四聚体单体溶于有机溶剂的浓度为0.5 ~ 100 mg/ml，

10、优选的是，本发明步骤（3）中包含未成形水凝胶纤维的模具在冷冻液中交联反应时间为0.5 ~ 96 h。

11、优选的是，本发明步骤（4）中的解冻温度为-80 ~ 25℃，时间为1 ~ 96 h。

12、一种根据本发明的制备方法制得的聚乙烯醇-苯胺四聚体有机水凝胶纤维。

13、一种根据本发明的制备方法制得的聚乙烯醇-苯胺四聚体有机水凝胶纤维在柔性材料中的应用。

14、本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有以下优点：

15、(1)本发明采用一步冷冻-解冻法，基于氢键作用使聚乙烯醇、苯胺四聚体分子间快速交联形成了有机水凝胶纤维，该制备过程简单，易于操作，活性物质量易调控，明显优于传统原位合成或者后生长的制备方法。

16、(2)苯胺四聚体的加入，赋予了水凝胶电子和离子的双重导电机制，苯胺四聚体对质子竞争性争夺，使得有机水凝胶纤维具有高灵敏性质，在小应变和大应变下都能重复获取稳定的电信号，因此在人体各关节的运动监测方面具有应用前景。

17、（3）本体系加入的有机溶剂起到了溶解苯胺四聚体和交联聚乙烯醇的双重作用，制备所得的水凝胶纤维具有优良的保湿性和抗冻性，拓展了凝胶在寒冷干燥环境下的使用。

18、（4）本发明制备的高弹性有机水凝胶纤维，具有优良的弹性、拉伸性、应变灵敏以及抗冻保湿性。

19、

技术特征：

1.一种聚乙烯醇-苯胺四聚体有机水凝胶纤维的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的聚乙烯醇基体溶液为含有1 ~ 20 wt%的聚乙烯醇水溶液。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的酸溶液为0.1 ~ 6mol/l的盐酸，硫酸、磷酸或硝酸溶液中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的有机溶剂为乙二醇、丙三醇、戊二醇、丙酮、甲醇中的一种或多种溶液，苯胺四聚体单体溶于有机溶剂的浓度为0.5 ~ 100 mg/ml。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中包含未成形水凝胶纤维的模具在冷冻液中交联反应时间为0.5 ~ 96 h。

6.根据权利要求1所述制备的方法，其特征在于：所述步骤（4）中的解冻温度为-80 ~25℃，时间为1 ~ 96 h。

7.一种根据权利要求1所述的制备方法制得的聚乙烯醇-苯胺四聚体有机水凝胶纤维。

8.一种根据权利要求1所述的制备方法制得的聚乙烯醇-苯胺四聚体有机水凝胶纤维在柔性材料中的应用。

技术总结
一种聚乙烯醇‑苯胺四聚体有机水凝胶纤维及其制备方法和应用，包括将聚乙烯醇和苯胺四聚体的水/有机混合溶液注射入纤维模具中，随后将模具置于冷冻液（干冰或液氮）中冷冻结晶交联、并在一段时间后转移至冰柜中进行解冻，最后脱模得到聚乙烯醇‑苯胺四聚体有机水凝胶纤维。由此制备的有机水凝胶纤维具有高力学强度、优良的可拉伸性、良好的电导率、保湿率、抗冻性以及良好的应变灵敏度，可以稳定的输出人体运动时的形变信号。该有机水凝胶制备工艺简单、成本低廉、性能优良，在可穿戴应变传感器领域表现出巨大的应用潜力。

技术研发人员：吕伟,陈竹君,廖耀祖,刘贺,林昕仪明,梅先明
受保护的技术使用者：东华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12