【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于功能材料和高分子化合物化學(xué)加工領(lǐng)域，涉及一種海藻酸鈉基梯度水凝膠傳感器的制備方法。
技術(shù)介紹
1、公開該
技術(shù)介紹
部分的信息僅僅旨在增加對本專利技術(shù)的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。
2、隨著智能設(shè)備應(yīng)用場景的多樣化，多功能可穿戴設(shè)備在人體運動監(jiān)測、疾病診斷和電子皮膚等方面的應(yīng)用前景備受關(guān)注。目前，對水凝膠傳感器的研究主要集中在其功能拓展方面，如增加或優(yōu)化其抗凍性、自愈性、粘附性等，這些研究一定程度上提升了水凝膠的應(yīng)用潛力。然而，受限于其均一的結(jié)構(gòu)，仍難以滿足水凝膠傳感器對于高靈敏度和寬監(jiān)測范圍的應(yīng)用需求。受人體皮膚結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，設(shè)計具有梯度結(jié)構(gòu)的水凝膠受到格外關(guān)注。一般地，具有仿皮膚結(jié)構(gòu)的梯度水凝膠，其具有與皮膚接近的力學(xué)性能，寬的監(jiān)測范圍以及高的靈敏度。通過調(diào)控梯度水凝膠的結(jié)構(gòu)參數(shù)（如組成、孔隙大小和導(dǎo)電介質(zhì)分布等）可以很好地對水凝膠性質(zhì)進行調(diào)控，滿足不同的應(yīng)用需求。
3、但目前具有梯度結(jié)構(gòu)的水凝膠的制備方法復(fù)雜，監(jiān)測范圍及靈敏度仍有待提高。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了解決上述問題，本專利技術(shù)提供了一種海藻酸鈉基梯度水凝膠傳感器的制備方法。本專利技術(shù)受人體皮膚梯度結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，采用具有生物相容性的海藻酸鈉（sa）作為水凝膠基體材料，通過氧化開環(huán)海藻酸鈉和逐層聚合策略，開發(fā)了一種簡單高效制備梯度水凝膠的方法，獲得的水凝膠具有高靈敏度、寬監(jiān)測范圍、良好的機械穩(wěn)定性。具體步驟如下：第一
2、為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：
3、本專利技術(shù)的第一個方面，提供了一種海藻酸鈉基梯度水凝膠傳感器的制備方法，包括：
4、將mxene分散體與單寧酸（ta）水溶液混合均勻，得到ta@mxene懸浮液；
5、將海藻酸鈉與丙烯酰胺溶解于溶劑中，加入ta@mxene懸浮液混合均勻，在引發(fā)劑和交聯(lián)劑存在條件下進行聚合反應(yīng)，得到高模量的堅韌層；
6、使海藻酸鈉和過硫酸銨在溶液中進行反應(yīng)，得到氧化改性海藻酸鈉溶液；
7、將所述氧化改性海藻酸鈉溶液與丙烯酰胺、水、交聯(lián)劑及ta@mxene懸浮液混合均勻，得到彈性層水凝膠前驅(qū)體溶液；
8、將所述彈性層水凝膠前驅(qū)體溶液置于高模量的堅韌層上方，靜置，得到海藻酸鈉基梯度水凝膠傳感器。
9、本專利技術(shù)以生物基的海藻酸鈉作為水凝膠合成原料，通過化學(xué)法對海藻酸鈉的基本結(jié)構(gòu)單元進行開環(huán)改性，制備具有梯度孔結(jié)構(gòu)的水凝膠材料，該水凝膠能夠?qū)ν饨绲臋C械刺激產(chǎn)生高靈敏度和廣泛的動態(tài)響應(yīng)。因此，本專利技術(shù)對于提升水凝膠的應(yīng)用潛力，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。
10、本專利技術(shù)以mxene為導(dǎo)電材料，賦予水凝膠優(yōu)異的導(dǎo)電性能，因此，本專利技術(shù)對mxene的用量進行了研究，優(yōu)選的，所述ta@mxene懸浮液中，mxene與單寧酸的質(zhì)量比為10：4-5。
11、本專利技術(shù)通過海藻酸鈉與丙烯酰胺的交聯(lián)形式高模量的堅韌層，因此，本專利技術(shù)對海藻酸鈉與丙烯酰胺的用量進行了研究，優(yōu)選的，所述高模量的堅韌層中，海藻酸鈉與丙烯酰胺的質(zhì)量比為0.1：1-1.1。
12、為了保證聚合反應(yīng)的進行，本專利技術(shù)加入了引發(fā)劑、交聯(lián)劑，并對二者的用量進行了研究，優(yōu)選的，所述高模量的堅韌層中，所述海藻酸鈉與引發(fā)劑、交聯(lián)劑的質(zhì)量比為0.175：0.01-0.011：0.0015-0.0016。
13、溫度是影響聚合反應(yīng)時間的因素之一。一般來說，溫度升高會加速聚合反應(yīng)的進行，從而縮短反應(yīng)時間。但是，過高的溫度也可能導(dǎo)致產(chǎn)品性能下降或產(chǎn)生副反應(yīng)。因此，優(yōu)選的，所述聚合反應(yīng)的條件為在密封條件下，于60?℃-65?℃下反應(yīng)1.5?h-2?h。
14、本專利技術(shù)采用aps將sa主鏈上的羥基氧化為醛基和羧基，促進改性sa與am的交聯(lián)，因此，本專利技術(shù)對二者的用量進行了研究，優(yōu)選的，所述氧化改性海藻酸鈉溶液中，海藻酸鈉與過硫酸銨的質(zhì)量比為0.3：0.5-0.6。
15、為了形成低模量的彈性層，本專利技術(shù)對各原料的用量進行了研究，優(yōu)選的，所述彈性層水凝膠前驅(qū)體溶液中，氧化改性海藻酸鈉溶液、丙烯酰胺、水、ta@mxene和交聯(lián)劑的質(zhì)量體積比為4.9?g-5.0?g：1.5?g：2.5?ml：1?ml：2.8?mg。
16、本專利技術(shù)對引發(fā)劑的種類并不作特殊的限定，優(yōu)選的，所述引發(fā)劑為過硫酸銨。
17、本專利技術(shù)對交聯(lián)劑的種類并不作特殊的限定，優(yōu)選的，所述交聯(lián)劑為n，n-亞甲基雙丙烯酰胺。
18、彈性層水凝膠前驅(qū)體溶液通過靜置反應(yīng)可以得到彈性層，因此，本專利技術(shù)對靜置的時間進行了研究，優(yōu)選的，所述靜置的時間為5?min-8?min。
19、本專利技術(shù)的有益效果
20、（1）本專利技術(shù)得到的海藻酸鈉基梯度水凝膠同時具有寬的檢測范圍和高的靈敏度，很好地解決了sa水凝膠在寬檢測范圍與高靈敏度之間存在著內(nèi)在沖突的問題，對拓展水凝膠的應(yīng)用需求，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。
21、（2）本專利技術(shù)中，由于上下兩層使用的原料中均具有海藻酸鈉，使其兩層水凝膠中的海藻酸鈉鏈可以發(fā)生相互作用產(chǎn)生鏈纏繞，使其界面的連接結(jié)構(gòu)更加緊密，因此，兩層水凝膠間具有優(yōu)異的界面層，使其在使用中不易剝離。
22、（3）本專利技術(shù)制備方法簡單、實用性強，易于推廣。由于在氧化過程中體系存在多余aps引發(fā)的自由基，使梯度水凝膠的上層可以在幾分鐘內(nèi)快速聚合成膠，克服了以往逐層聚合策略制備繁瑣、耗時長等缺點。
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1.一種海藻酸鈉基梯度水凝膠傳感器的制備方法，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的海藻酸鈉基梯度水凝膠傳感器的制備方法，其特征在于，所述TA@MXene懸浮液中，MXene與單寧酸的質(zhì)量比為10：4-5。
3.如權(quán)利要求1所述的海藻酸鈉基梯度水凝膠傳感器的制備方法，其特征在于，所述高模量的堅韌層中，海藻酸鈉與丙烯酰胺的質(zhì)量比為0.1：1-1.1。
4.如權(quán)利要求1所述的海藻酸鈉基梯度水凝膠傳感器的制備方法，其特征在于，所述高模量的堅韌層中，所述海藻酸鈉與引發(fā)劑、交聯(lián)劑的質(zhì)量比為0.175：0.01-0.011：0.0015-0.0016。
5.如權(quán)利要求1所述的海藻酸鈉基梯度水凝膠傳感器的制備方法，其特征在于，所述聚合反應(yīng)的條件為在密封條件下，于60?℃-65?℃下反應(yīng)1.5?h-2?h。
6.如權(quán)利要求1所述的海藻酸鈉基梯度水凝膠傳感器的制備方法，其特征在于，所述氧化改性海藻酸鈉溶液中，海藻酸鈉與過硫酸銨的質(zhì)量比為0.3：0.5-0.6。
7.如權(quán)利要求1所述的海藻酸鈉基梯度水凝膠傳感器的制備方法，其
8.如權(quán)利要求1所述的海藻酸鈉基梯度水凝膠傳感器的制備方法，其特征在于，所述引發(fā)劑為過硫酸銨。
9.如權(quán)利要求1所述的海藻酸鈉基梯度水凝膠傳感器的制備方法，其特征在于，所述交聯(lián)劑為N，N-亞甲基雙丙烯酰胺。
10.如權(quán)利要求1所述的海藻酸鈉基梯度水凝膠傳感器的制備方法，其特征在于，所述靜置的時間為5?min-8?min。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種海藻酸鈉基梯度水凝膠傳感器的制備方法，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的海藻酸鈉基梯度水凝膠傳感器的制備方法，其特征在于，所述ta@mxene懸浮液中，mxene與單寧酸的質(zhì)量比為10：4-5。
3.如權(quán)利要求1所述的海藻酸鈉基梯度水凝膠傳感器的制備方法，其特征在于，所述高模量的堅韌層中，海藻酸鈉與丙烯酰胺的質(zhì)量比為0.1：1-1.1。
4.如權(quán)利要求1所述的海藻酸鈉基梯度水凝膠傳感器的制備方法，其特征在于，所述高模量的堅韌層中，所述海藻酸鈉與引發(fā)劑、交聯(lián)劑的質(zhì)量比為0.175：0.01-0.011：0.0015-0.0016。
5.如權(quán)利要求1所述的海藻酸鈉基梯度水凝膠傳感器的制備方法，其特征在于，所述聚合反應(yīng)的條件為在密封條件下，于60?℃-65?℃下反應(yīng)1.5?h-2?h。
6.如...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：姜煒坤，畢成龍，陳洪雷，劉玉，
申請(專利權(quán))人：齊魯工業(yè)大學(xué)山東省科學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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