【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種抗溶脹導(dǎo)電凝膠材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于凝膠材料和光固化3d打印。
技術(shù)介紹
1、近年來(lái)，柔性電子材料迅速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、健康監(jiān)測(cè)、電子皮膚、柔性傳感器、和軟機(jī)器人等各種應(yīng)用中。水凝膠作為軟材料中的一種，其中含有相當(dāng)多的水分促進(jìn)了離子的運(yùn)輸，而且還可以通過(guò)引入導(dǎo)電離子賦予凝膠導(dǎo)電性，可以輕松地將外部刺激轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，同時(shí)也提供了類似于人體組織和其他生物體的特性。這些特性使水凝膠成為可穿戴和柔性電子產(chǎn)品的熱門選擇。
2、然而，水凝膠的性能與其含水量密切相關(guān)。在干燥或寒冷的條件下，水凝膠中的水分會(huì)迅速蒸發(fā)或凍結(jié)，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)收縮。由于高親水性，水凝膠在含水環(huán)境中經(jīng)常經(jīng)歷不可避免的膨脹，這些條件都會(huì)對(duì)水凝膠的結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能造成不可逆的破壞，嚴(yán)重限制其應(yīng)用范圍。此外，由于導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的稀釋，膨脹會(huì)降低水凝膠的導(dǎo)電性。為了解決這些問(wèn)題，人們探索了疏水離子液體來(lái)創(chuàng)造一個(gè)完全疏水的環(huán)境，為凝膠型傳感器提供防水性能。然而，離子液體(ils)的使用也存在一定的缺點(diǎn)，包括成本高、合成過(guò)程復(fù)雜以及潛在的毒性，這些都極大地阻礙了它們的實(shí)際應(yīng)用。
3、除了使凝膠具有令人滿意的性能外，還需要先進(jìn)的成型方法。3d打印是一種快速發(fā)展的制造技術(shù)，因其靈活性和高精度而受到廣泛關(guān)注。它可以有效地生產(chǎn)柔性可穿戴設(shè)備，克服了傳統(tǒng)模具制造的局限性。目前，數(shù)字光處理（dlp）打印技術(shù)因其高效率和高精度而流行，通過(guò)數(shù)字化紫外光源面投影實(shí)現(xiàn)快速光固化，可以創(chuàng)造出具有高分辨率復(fù)雜結(jié)構(gòu)。這種成型方式與凝膠材料結(jié)合，將為凝膠材料提供
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)旨在提供一種抗溶脹導(dǎo)電凝膠材料及其制備方法和應(yīng)用，解決了現(xiàn)有的光固化3d打印凝膠在水下及潮濕環(huán)境下易膨脹的問(wèn)題，且該凝膠材料兼顧良好的導(dǎo)電性和機(jī)械性能。
2、本專利技術(shù)提供的凝膠材料具有良好的抗溶脹性，這種凝膠在水下長(zhǎng)時(shí)間放置仍具有良好的機(jī)械性能和導(dǎo)電性。本專利技術(shù)通過(guò)將疏水性含氟單體丙烯酸2,2,2,三氟乙酯（tfea）引入聚合物主鏈中，疏水的含氟側(cè)鏈基團(tuán)充當(dāng)凝膠與水相之間的擴(kuò)散屏障，賦予凝膠良好的抗溶脹性。選擇共晶溶劑作為聚合物網(wǎng)絡(luò)的溶劑，為凝膠提供了寬溫度工作窗口。引入鋯離子形成強(qiáng)大的配位作用同時(shí)賦予凝膠良好的導(dǎo)電性，凝膠中的各種功能團(tuán)（如醚和羥基）產(chǎn)生眾多氫鍵、配位鍵和靜電相互作用，共同為凝膠提供物理交聯(lián)性。加入交聯(lián)劑為凝膠提供共價(jià)交聯(lián)。兩種交聯(lián)的結(jié)合使凝膠具有高交聯(lián)密度，進(jìn)一步提高了凝膠的抗溶脹性和機(jī)械性能。在405nm的紫外光照射下，通過(guò)自由基聚合形成具有強(qiáng)配位鍵的共晶有機(jī)凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種凝膠網(wǎng)絡(luò)展現(xiàn)出優(yōu)異的抗溶脹性、良好的機(jī)械性能以及可打印性。
3、本專利技術(shù)提供了一種抗溶脹導(dǎo)電凝膠材料，由以下質(zhì)量份數(shù)的組分制備而成：不飽和聚合物單體：55~65份；溶劑：35~45份；鋯鹽：0.25~1份；交聯(lián)劑：0.1~0.2份；光引發(fā)劑：0.4~0.6份；光吸收劑：0.01~0.03份。
4、所述的不飽和聚合物單體包括三種，其中第一種為丙烯酸2,2,2-三氟乙酯，第二種單體為丙烯酸，第三種單體為n-異丙基丙烯酰胺、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、n-乙烯吡咯烷酮中的一種；所提供的第一、二、三種不飽和聚合物單體之間的質(zhì)量比為0.2~0.8∶1∶0.7?。
5、所述溶劑為共晶溶劑，共晶溶劑由氯化膽堿和乙二醇組成；氯化膽堿溶于乙二醇中，加熱攪拌至透明得到共晶溶劑，其中，氯化膽堿與乙二醇的摩爾比為1:3~3:1。
6、所述的鋯鹽為氧氯化鋯、乙酰丙酮鋯中的一種。
7、所述的交聯(lián)劑為聚乙二醇二丙烯酸酯、n,n'-亞甲基雙丙烯酰胺中的一種。
8、所述的光引發(fā)劑為苯基雙(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、二苯基-(2,4,6-三甲基苯甲酰)氧磷中的一種；光吸收劑為蘇丹紅i、蘇丹紅ⅳ、檸檬黃中的一種。
9、本專利技術(shù)提供了上述抗溶脹導(dǎo)電凝膠材料的制備方法，包括以下步驟：
10、（1）首先將三種不飽和聚合物單體混合，再將鋯鹽添加到混合的不飽和聚合物單體中，加熱攪拌至均勻分散，得到含鹽的單體溶液；鋯鹽與不飽和聚合物單體之間的質(zhì)量比為0.25~1∶55~65；
11、（2）將氯化膽堿和乙二醇混合，加熱攪拌至透明澄清，得到共晶溶劑；氯化膽堿與乙二醇的摩爾比為1∶3~3∶1；
12、（3）將步驟（1）和步驟（2）制得的溶液混合，在常溫下充分?jǐn)嚢瑁玫侥z溶液；不飽和聚合物單體與共晶溶劑的質(zhì)量比為55~65∶35~45；
13、（4）將交聯(lián)劑、光引發(fā)劑和光吸收劑依次加入步驟（3）制得的溶液中，常溫?cái)嚢柚辆鶆驘o(wú)沉淀，得到3d打印凝膠墨水；
14、（5）使用軟件將stl格式三維模型進(jìn)行切片處理，將步驟（4）制得的凝膠墨水倒入光固化3d打印機(jī)的料槽中進(jìn)行打印；
15、（6）將步驟（5）打印完成后的凝膠使用乙醇超聲清洗，然后在固化箱中進(jìn)行第二次固化，即可得到抗溶脹導(dǎo)電凝膠材料。
16、上述制備方法中，步驟（1）和步驟（2）中所述的加熱溫度為40～70℃。
17、步驟（1）～（4）中的攪拌轉(zhuǎn)速為400～1000?r/min。
18、步驟（5）中所述的切片層厚為0.01～0.05mm，單層固化時(shí)間為10～30s。
19、步驟（6）中所述的超聲清洗時(shí)間為5～10min，二次固化時(shí)間為10～30min。
20、本專利技術(shù)提供了上述抗溶脹導(dǎo)電凝膠材料在制作軟材料中的應(yīng)用，所述軟材料包括柔性導(dǎo)電材料、軟組織術(shù)前模型、手辦模型等。
21、本專利技術(shù)的有益效果：
22、（1）本專利技術(shù)提供的光固化3d打印抗溶脹導(dǎo)電凝膠材料，引入疏水性氟化單體形成疏水屏障及鋯離子形成強(qiáng)配位鍵，抗溶脹效果優(yōu)異，可穩(wěn)定地應(yīng)用于柔性傳感、水下通信、軟機(jī)器人、手辦模型等領(lǐng)域。
23、（2）本專利技術(shù)提供的抗溶脹導(dǎo)電凝膠與市面上的光固化3d打印機(jī)具有良好的適配性，可用于各種dlp和lcd打印機(jī)，根據(jù)需求進(jìn)行個(gè)性化定制。
24、（3）本專利技術(shù)提供的光固化3d打印抗溶脹導(dǎo)電凝膠，其機(jī)械性能、抗溶脹性能以及導(dǎo)電性能均可調(diào)節(jié)，從而使其應(yīng)用于多種場(chǎng)景。
本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種抗溶脹導(dǎo)電凝膠材料，其特征在于：由以下質(zhì)量份數(shù)的組分制備而成：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗溶脹導(dǎo)電凝膠材料，其特征在于：所述的不飽和聚合物單體包括三種，其中第一種為丙烯酸2,2,2-三氟乙酯，第二種單體為丙烯酸，第三種單體為N-異丙基丙烯酰胺、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯中的一種；所提供的第一、二、三種不飽和聚合物單體之間的質(zhì)量比為0.2~0.8∶1∶0.7。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗溶脹導(dǎo)電凝膠材料，其特征在于：所述溶劑為共晶溶劑，由氯化膽堿和乙二醇組成；氯化膽堿溶于乙二醇中，加熱攪拌至透明得到共晶溶劑，其中，氯化膽堿與乙二醇的摩爾比為1∶3~3∶1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗溶脹導(dǎo)電凝膠材料，其特征在于：所述的鋯鹽為氧氯化鋯、乙酰丙酮鋯中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗溶脹導(dǎo)電凝膠材料，其特征在于：所述的交聯(lián)劑為聚乙二醇二丙烯酸酯、N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗溶脹導(dǎo)電凝膠材料，其特征在于：所述的光引發(fā)劑為苯基雙(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、二苯基-(2,4
7.一種權(quán)利要求1~6任一項(xiàng)所述的抗溶脹導(dǎo)電凝膠材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的抗溶脹導(dǎo)電凝膠材料的制備方法，其特征在于：步驟（1）和步驟（2）中的加熱溫度為40～70℃；步驟（1）～（4）中的攪拌轉(zhuǎn)速為400～1000?r/min。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的抗溶脹導(dǎo)電凝膠材料的制備方法，其特征在于：步驟（5）中所述的切片層厚為0.01～0.05mm，單層固化時(shí)間為10～30s；步驟（6）中所述的超聲清洗時(shí)間為5～10min，二次固化時(shí)間為10～30min。
10.一種權(quán)利要求1~6任一項(xiàng)所述的抗溶脹導(dǎo)電凝膠材料在制作軟材料中的應(yīng)用，所述軟材料包括柔性導(dǎo)電材料、軟組織術(shù)前模型或手辦模型。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種抗溶脹導(dǎo)電凝膠材料，其特征在于：由以下質(zhì)量份數(shù)的組分制備而成：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗溶脹導(dǎo)電凝膠材料，其特征在于：所述的不飽和聚合物單體包括三種，其中第一種為丙烯酸2,2,2-三氟乙酯，第二種單體為丙烯酸，第三種單體為n-異丙基丙烯酰胺、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯中的一種；所提供的第一、二、三種不飽和聚合物單體之間的質(zhì)量比為0.2~0.8∶1∶0.7。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗溶脹導(dǎo)電凝膠材料，其特征在于：所述溶劑為共晶溶劑，由氯化膽堿和乙二醇組成；氯化膽堿溶于乙二醇中，加熱攪拌至透明得到共晶溶劑，其中，氯化膽堿與乙二醇的摩爾比為1∶3~3∶1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗溶脹導(dǎo)電凝膠材料，其特征在于：所述的鋯鹽為氧氯化鋯、乙酰丙酮鋯中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗溶脹導(dǎo)電凝膠材料，其特征在于：所述的交聯(lián)劑為聚乙二醇二丙烯酸酯、n,n'-亞甲基雙丙烯酰胺中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃曉波，王慧潔，戎有杰，秦國(guó)慶，趙壯，崔朋迪，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：太原理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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