【技術實現步驟摘要】
本申請實施例涉及高分子材料制備，特別是涉及一種基于hofmeister效應構建的強韌導電的水滑石/納米纖維素/pva復合水凝膠及其制備方法和應用。
技術介紹
1、水凝膠是一種以水為分散介質的材料，具有三維網絡結構，在生物學、醫學和柔性電子材料方面具有巨大的應用潛力。根據其原料來源，水凝膠可分為天然和合成兩類。以膠原蛋白和明膠為例的傳統天然水凝膠具有理想的生物相容性和生物降解性。然而，它們往往伴隨著更高的成本和相對較差的機械性能。聚乙烯醇(pva)是一種典型的合成聚合物，可以通過化學合成進行精確控制，從而獲得具有指定結構和性能的pva水凝膠材料。然而，pva水凝膠材料通常表現出相關應用的缺陷，包括機械強度不足、生物相容性不足、信號傳輸效率低和環境適應性有限的問題。
2、開發基于pva水凝膠功能材料的方法需要從實際需求的角度出發，通過引入功能或輔助性組分來構建pva復合水凝膠材料。為了滿足pva水凝膠材料在生物醫學、組織工程和藥物控制釋放等領域的具體要求，相關研究包括pva/結冷膠、pva/殼聚糖和pva/羥基磷灰石在內的復合水凝膠材料得到深入研究。現在將pva離子水凝膠應用于柔性電子材料的主要障礙是它們的機械性能和導電性。
3、pva水凝膠的制備途徑主要包括化學交聯和物理交聯。由于交聯pva水凝膠中殘留的化學交聯劑可能對健康構成潛在風險，所以物理交聯的pva水凝膠更適合應用于具有更高生物相容性要求的柔性傳感設備。目前，物理交聯pva水凝膠的主要方法是反復凍融。在凍融循環過程中，溶解的pva分子經歷相分離和結
4、層狀雙氫氧化物(ldh)，即水滑石，構成了一類無機功能材料，其特征在于其獨特的結構，包括帶正電的金屬氫氧化物層，以及層間區域內散布著的可交換陰離子。具體而言，ldh納米片主要用作水凝膠材料中的增強劑，有利于提高其機械性能并優化水凝膠結構。同時，利用納米纖維素作為增強劑制備pva復合水凝膠的研究也越來越受到人們的關注。納米纖維素具有優異的機械強度、高耐化學性和良好的生物相容性。它是柔性電子設備中用作基材、粘合劑和水凝膠電解質的理想候選者?；诩{米纖維素的高比表面積和豐富的羥基，它可以在凍融過程中與pva分子形成致密的氫鍵，并均勻分布三維網絡結構的交聯點，減小孔徑，從而提高復合凝膠的力學性能。同時，添加納米纖維素可以促進pva分子的結晶。然而，盡管添加增強劑可以顯著提高pva水凝膠的機械強度，但其機械性能不足以滿足柔性離子凝膠材料的要求。
5、近年來，冷凍輔助鹽析處理法被應用于制備pva水凝膠?；诙ㄏ蚶鋬龀尚秃蚳ofmeister效應，pva水凝膠在分子到毫米的不同尺度上具有多級各向異性結構，顯著提高了pva水凝膠的強度、韌性和抗疲勞性。根據hofmeister效應，不同的鹽離子可以誘導pva分子鏈產生不同程度的聚集，實現水凝膠力學性能的大規模調節。隨后，hofmeister效應被進一步應用于制備物理交聯的強韌性pva復合水凝膠，水凝膠在水下傳感器、凝膠電離傳感器和親水性海綿材料中顯示出良好的應用前景。
6、導電水凝膠是構建柔性傳感器的基本材料之一，聚乙烯醇(pva)是水凝膠常用的材料。然而，目前的pva水凝膠在強度和導電性方面存在明顯的缺陷。
技術實現思路
1、有鑒于此，本申請實施例提供一種基于hofmeister效應構建的強韌導電的水滑石/納米纖維素/pva復合水凝膠及其制備方法和應用，通過添加ldh納米片和納米纖維素作為增強劑，并使用冷凍鹽析法，構建具有堅固力學性能和增強導電性的pva基導電離子水凝膠；冷凍和hofmeister效應將形成水凝膠基質內的內部氫鍵網絡，從而制得具有分級多孔結構的復合水凝膠，能夠有效克服上述現有技術所存在的缺陷。
2、本申請實施例第一方面提供一種基于hofmeister效應構建的強韌導電的水滑石/納米纖維素/pva復合水凝膠的制備方法，包括以下步驟：
3、將水滑石納米片、納米纖維素分散體和pva溶液混合，攪拌并進行超聲波處理，得到復合混合物；對復合混合物進行冷凍鹽析處理，得到水滑石/納米纖維素/pva復合水凝膠。
4、基于hofmeister效應的冷凍鹽析工藝可以有效提高pva的強度，本申請使用水滑石和納米纖維素作為添加劑，采用冷凍鹽析法構建pva復合水凝膠。由于氫鍵的重建和多層三維網絡結構的構建，pva復合水凝膠的拉伸強度和伸長率分別提高到純pva水凝膠的8.2倍和8.1倍。同時，隨著離子含量的顯著增加和傳輸路徑的有效建立，pva復合水凝膠的電導率提高了6.4倍?；诟唠x子濃度和穩定網絡結構的特點，復合水凝膠在低溫至室溫范圍內表現出優異的彈性和應變恢復性能。這項工作實現了高強度、高導電性和寬溫度應用范圍的pva復合水凝膠材料的構建，它為柔性生物安全傳感器的發展提供了新的思路。
5、在可以包括上述實施例的一些實施例中，冷凍鹽析具體過程為：
6、將冷凍的水滑石/納米纖維素/pva復合水凝膠浸入濃度為0.5-2.0m的na2so4溶液中鹽析6-36小時，以促進形狀的形成。
7、在可以包括上述實施例的一些實施例中，納米纖維素分散體的制備過程為：
8、將nabr和tempo溶解在去離子水中，隨后加入纖維素漿，將naclo溶液逐漸滴加到混合物中以開始氧化，在氧化過程中，持續監測混合物的ph值，并通過滴加naoh溶液將其保持為9.8-11.5，當混合物的ph值每小時降低小于0.05時，加入乙醇以淬滅氧化，通過加入hcl溶液將混合物的ph調節至中性，以10000rpm重復離心6分鐘，將沉淀物用蒸餾水洗滌得到氧化纖維素，然后將氧化纖維素分散在蒸餾水中至0.2wt％，并以1300w的功率進行超聲波處理10分鐘后儲存在冰箱中備用。
9、在可以包括上述實施例的一些實施例中，nabr、tempo、去離子水、纖維素漿與naclo的用量比為0.4g:0.064g:400ml:4g:10ml。
10、在可以包括上述實施例的一些實施例中，naoh溶液的濃度為0.5m，hcl溶液的濃度為0.5m。
11、具體地，納米纖維素分散體的制備過程為：
12、將0.4g?nabr和0.064g?tempo溶解在400ml去離子水中，隨后加入4g纖維素漿，將10ml含有24mmol的naclo溶液逐漸滴加到混合物中以開始氧化，在氧化過程中，持續監測混合物的ph值，并通過滴加0.5m?naoh溶液將其保持為9.8-11.5，當混合物的ph值每小時降低小于0.05時，加入2ml乙醇以淬滅氧化，通過加入0.5m?hcl溶液將混合物的ph調節至中性，以10000rpm重復離心6分本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于Hofmeister效應構建的強韌導電的水滑石/納米纖維素/PVA復合水凝膠的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于Hofmeister效應構建的強韌導電的水滑石/納米纖維素/PVA復合水凝膠的制備方法，其特征在于，冷凍鹽析具體過程為：
3.根據權利要求1所述的基于Hofmeister效應構建的強韌導電的水滑石/納米纖維素/PVA復合水凝膠的制備方法，其特征在于，納米纖維素分散體的制備過程為：
4.根據權利要求3所述的基于Hofmeister效應構建的強韌導電的水滑石/納米纖維素/PVA復合水凝膠的制備方法，其特征在于，NaBr、TEMPO、去離子水、纖維素漿與NaClO的用量比為0.4g:0.064g:400mL:4g:10mL。
5.根據權利要求3所述的基于Hofmeister效應構建的強韌導電的水滑石/納米纖維素/PVA復合水凝膠的制備方法，其特征在于，NaOH溶液的濃度為0.5M，HCl溶液的濃度為0.5M。
6.根據權利要求1所述的基于Hofmeister效應構建的強韌導
7.根據權利要求1所述的基于Hofmeister效應構建的強韌導電的水滑石/納米纖維素/PVA復合水凝膠的制備方法，其特征在于，PVA溶液的制備過程為：
8.根據權利要求1所述的基于Hofmeister效應構建的強韌導電的水滑石/納米纖維素/PVA復合水凝膠的制備方法，其特征在于，水滑石/納米纖維素/PVA復合水凝膠中納米纖維素、水滑石和PVA的濃度分別為0.6～1.2wt％、1.2wt％和8wt％。
9.根據權利要求1～8任一所述的制備方法制得的基于Hofmeister效應構建的強韌導電的水滑石/納米纖維素/PVA復合水凝膠。
10.根據權利要求9所述的基于Hofmeister效應構建的強韌導電的水滑石/納米纖維素/PVA復合水凝膠在制備柔性應變傳感器中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種基于hofmeister效應構建的強韌導電的水滑石/納米纖維素/pva復合水凝膠的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于hofmeister效應構建的強韌導電的水滑石/納米纖維素/pva復合水凝膠的制備方法，其特征在于，冷凍鹽析具體過程為：
3.根據權利要求1所述的基于hofmeister效應構建的強韌導電的水滑石/納米纖維素/pva復合水凝膠的制備方法，其特征在于，納米纖維素分散體的制備過程為：
4.根據權利要求3所述的基于hofmeister效應構建的強韌導電的水滑石/納米纖維素/pva復合水凝膠的制備方法，其特征在于，nabr、tempo、去離子水、纖維素漿與naclo的用量比為0.4g:0.064g:400ml:4g:10ml。
5.根據權利要求3所述的基于hofmeister效應構建的強韌導電的水滑石/納米纖維素/pva復合水凝膠的制備方法，其特征在于，naoh溶液的濃度為0.5m，hcl溶液的濃度...
【專利技術屬性】
技術研發人員：秦恒飛，汪斌，蔣杰，李澤，羅京，張安政，程龍，孟娟，
申請(專利權)人：江蘇理工學院，
類型：發明
國別省市：
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