本發(fā)明涉及一種氣凝膠材料，特別涉及一種彈性、導(dǎo)電、有機-無機雜化應(yīng)力傳感氣凝膠材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

對于應(yīng)力傳感來講，要求作為核心部件的壓敏材料具備較好的力學(xué)彈性、導(dǎo)電性、穩(wěn)定性等多方面的綜合性能。以壓阻式壓力傳感器為例，其工作原理是將外界壓力信號按照一定規(guī)律反應(yīng)在傳感材料的電阻上，進而轉(zhuǎn)換成可測電信號的裝置。由于其具有靈敏度高、動態(tài)響應(yīng)快、易于小型與微型化、便于批量生產(chǎn)與使用方便等優(yōu)點，因而成為發(fā)展極其迅速和應(yīng)用最為廣泛的一類傳感器。但是，現(xiàn)有的此類傳感器中作為核心組成部分的壓敏材料多采用導(dǎo)電橡膠或含碳海綿類材料，其常常呈現(xiàn)出溫度漂移性，會大大影響器件的測量穩(wěn)定性及精度，因此“溫度補償”對此類傳感器極其重要的。人們試圖通過引入外部補償電路、建立數(shù)據(jù)模型等現(xiàn)有技術(shù)對傳感器進行溫度補償。即便如此，應(yīng)用環(huán)境的多樣化和復(fù)雜性促使人們對其溫度補償系統(tǒng)進行反復(fù)修正，這無疑又進一步增加了工作難度并影響了測量精度。

另一方面，凝膠已被成功地運用于日常生活的方方面面。通過本征導(dǎo)電、物理共混、化學(xué)接枝等方法將金屬、導(dǎo)電高分子、炭黑顆粒等導(dǎo)電性元素導(dǎo)入凝膠即可制備導(dǎo)電凝膠，其在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)力傳感、電化學(xué)生物傳感、電控藥物釋放等方面具有很好的應(yīng)用前景。但是，現(xiàn)有的導(dǎo)電凝膠基本無法應(yīng)用于應(yīng)力傳感，而能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)力傳感的溫度自補償?shù)膶?dǎo)電凝膠更是鮮見報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種具有優(yōu)異壓縮回彈性能、導(dǎo)電性和電阻穩(wěn)定性的彈性導(dǎo)電有機-無機雜化氣凝膠。

本發(fā)明的目的之二在于提供一種制備所述彈性導(dǎo)電有機-無機雜化氣凝膠的方法。

本發(fā)明的目的之三在于提供所述彈性導(dǎo)電有機-無機雜化氣凝膠的用途。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

在本發(fā)明的一實施方案之中，一種彈性導(dǎo)電有機-無機雜化氣凝膠包含連續(xù)三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所述連續(xù)三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要由初級網(wǎng)絡(luò)及共形覆蓋層構(gòu)成的“核-殼”基本骨架相互連接形成，所述初級網(wǎng)絡(luò)主要由低維無機納米顆粒懸浮液中相互搭接的分散體構(gòu)成，所述共形覆蓋層主要由本征導(dǎo)電高分子原位聚合形成。

作為較佳實施方案之一，所述彈性導(dǎo)電有機-無機雜化氣凝膠包含：無機成分1.9～83.3wt％，導(dǎo)電高分子聚合物16.7～98.1wt％。

進一步的，所述彈性導(dǎo)電有機-無機雜化氣凝膠內(nèi)所含孔的孔徑為2nm～10μm，孔隙率為75.0～99.5％。

進一步的，所述彈性導(dǎo)電有機-無機雜化氣凝膠的密度為0.030～0.200g/cm³。

進一步的，所述彈性導(dǎo)電有機-無機雜化氣凝膠的電導(dǎo)率為0.001～1000S/m。

進一步的，所述彈性導(dǎo)電有機-無機雜化氣凝膠的最大壓縮率為95％，且在撤除驅(qū)使所述氣凝膠壓縮的外力后，所述氣凝膠能夠在10秒～5分鐘內(nèi)回復(fù)原狀。

進一步的，隨著壓縮率從0％增加到95％，所述氣凝膠的電阻值從100％逐漸減少至15％，即從初始電阻值逐漸減少至初始電阻值的15％左右。

所述彈性導(dǎo)電有機-無機雜化氣凝膠的制備方法包括：

a、將低維無機納米顆粒和本征導(dǎo)電高分子單體分散于水與有機溶劑組成的混合溶劑中，形成無機納米顆粒及高分子單體混合溶液；

b、將氧化劑溶于水與有機溶劑組成的混合溶劑中，形成氧化劑的均相溶液；

c、將所述無機納米顆粒及高分子單體混合溶液、所述氧化劑的均相溶液在0～50℃下快速混合形成凝膠；

d、將步驟c所獲凝膠于0～90℃靜置0.5-15天；

e、將經(jīng)步驟d處理后的凝膠以純化溶劑置換純化2-30天，以除去所述凝膠中的雜質(zhì)，從而獲得導(dǎo)電彈性有機-無機雜化濕凝膠。

f、將步驟e所獲彈性導(dǎo)電有機-無機雜化濕凝膠進行干燥，從而獲得所述導(dǎo)電彈性有機-無機雜化氣凝膠。

在一較為優(yōu)選的實施方案之中，所述制備方法可以包括如下步驟：

a、將本征導(dǎo)電高分子單體溶于低維無機納米顆粒(優(yōu)選為無機納米線)的混合溶劑分散液中，形成無機納米顆粒及高分子單體混合溶液(簡稱為高分子單體溶液)；

b、將氧化劑溶于水與有機溶劑組成的混合溶劑中，形成氧化劑的均相溶液，

c、將所述高分子單體溶液、所述氧化劑的均相溶液分別在溫度為5-45℃的環(huán)境中恒溫1分鐘-3小時，再快速混合形成凝膠；

d、將步驟c所獲凝膠于5～60℃靜置0.5-15天；

e、將步驟d所獲凝膠以純化溶劑置換純化2-30天，以除去所述凝膠中的雜質(zhì)，從而獲得所述彈性導(dǎo)電有機-無機雜化濕凝膠。

在一較為優(yōu)選的實施方案之中，所述混合溶劑包含體積比為1：10～10：1的水與有機溶劑。

進一步的，所述有機溶劑至少可選自乙醇、乙二醇、丙三醇、丙酮、丁酮、乙腈、四氫呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亞砜中的任一種，但不限于此。

進一步的，所述低維無機納米顆粒包括銀納米線、銅納米線、碲化鉍納米線、碲納米線、氧化鋅納米線、鎳納米線、氧化鎳納米線、鈷納米線、鎳化鈷納米線、氧化硅納米線、氧化錫納米線中的任一種或兩種以上的組合，但不限于此。

進一步的，所述氧化劑包括硝酸銀、硝酸銅、氯化銅、硝酸錳、氯化鐵、硝酸鐵、硫酸銨、過氧化氫中的任一種或兩種以上的組合，但不限于此。

進一步的，所述本征導(dǎo)電高分子可優(yōu)選采用吡咯或吡咯衍生物，但不限于此。其中，所述吡咯衍生物可以是具有有機取代基的吡咯衍生物，其中有機取代基可選自但不限于CH₃-，NO₃-或NH₂-等。

進一步的，所述純化溶劑包括水和/或乙醇。

進一步的，步驟f中采用干燥方法至少可選自超臨界干燥、冷凍干燥、自然干燥中的任一種，且不限于此。

所述彈性導(dǎo)電有機-無機雜化高分子氣凝膠作為應(yīng)力傳感材料的用途，所述應(yīng)力傳感材料的靈敏度≥0.3kPa^-1；響應(yīng)速度≤1ms，檢測極限≤5Pa。

所述彈性導(dǎo)電有機-無機氣凝膠作為溫度自補償應(yīng)力傳感材料的用途，所述溫度自補償應(yīng)力傳感材料的電阻-溫度系數(shù)在10^-3/℃以下，且當(dāng)環(huán)境溫度在10-50℃范圍內(nèi)變化時，所述溫度自補償應(yīng)力傳感材料的各項傳感性能參數(shù)的變化幅度維持在10％以內(nèi)。

一種裝置，包含所述的彈性導(dǎo)電有機-無機雜化高分子氣凝膠。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括：

(1)本發(fā)明從導(dǎo)電、彈性氣凝膠材料的結(jié)構(gòu)出發(fā)，通過將金屬和導(dǎo)電高分子進行雜化，實現(xiàn)了三維多孔材料的程序化制備；

(2)本發(fā)明的制備方法是分階段進行凝膠制備，工藝簡單，可控性強，原料簡單易得，成本低；

(3)本發(fā)明所獲彈性導(dǎo)電有機-無機雜化氣凝膠的電導(dǎo)率隨著凝膠壓縮比的增加而增大，能廣泛應(yīng)用于應(yīng)力傳感、智能加熱、電學(xué)開關(guān)等領(lǐng)域；

(4)本發(fā)明所獲彈性導(dǎo)電有機-無機雜化氣凝膠用于應(yīng)力傳感時可實現(xiàn)溫度自補償，能廣泛應(yīng)用于“溫度自補償”應(yīng)力傳感、智能加熱器等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一典型實施案例之中一種彈性導(dǎo)電有機-無機雜化氣凝膠的制備工藝流程圖；

圖2a-圖2b是本發(fā)明實施例1中所使用的銀納米線的掃描電鏡照片；圖3a是本發(fā)明實施例1中完成共形包覆后彈性導(dǎo)電有機-無機雜化氣凝膠的掃描電鏡照片；

圖3b是圖3a所示具有“核-殼”微觀結(jié)構(gòu)的凝膠骨架的局部放大圖；

圖3c是圖3a所示具有原位焊接結(jié)構(gòu)的連接點的局部放大圖；

圖4a是本發(fā)明實施例1中最終所獲氣凝膠的壓縮應(yīng)力應(yīng)變測試圖；

圖4b是本發(fā)明實施例1中最終所獲氣凝膠的多次循環(huán)壓縮應(yīng)力應(yīng)變測試圖；

圖5是本發(fā)明實施例5中的一種聚吡咯氣凝膠應(yīng)力傳感器的工作原理圖；

圖6a是本發(fā)明實施例5中一種應(yīng)力傳感器內(nèi)聚吡咯氣凝膠的電阻隨著壓縮形變率的關(guān)系圖；

圖6b是本發(fā)明實施例5中一種應(yīng)力傳感器內(nèi)聚吡咯氣凝膠在受到循環(huán)多次壓縮應(yīng)力時電阻的變化曲線圖；

圖7是本發(fā)明實施例6中銀納米線、聚吡咯-銀納米線雜化氣凝膠和聚吡咯-銀納米線共軸電纜抽濾膜的電阻-溫度關(guān)系圖；

圖8是本發(fā)明實施例7中“零溫度系數(shù)”聚吡咯-銀納米線雜化氣凝膠在不同溫度下的應(yīng)力傳感性能比較圖；

圖9a是本發(fā)明實施例8中應(yīng)力驅(qū)動電加熱器的工作原理圖；

圖9b是本發(fā)明實施例8中應(yīng)力驅(qū)動電加熱器在無壓縮應(yīng)力和有壓縮應(yīng)力情況下的電流變化對比圖；

圖9c是本發(fā)明實施例8中應(yīng)力驅(qū)動電加熱器的照片(俯視)。

具體實施方式

本發(fā)明的一個方面提供了一種彈性導(dǎo)電有機-無機雜化氣凝膠，其是一種以無機納米粒子-導(dǎo)電高分子“核-殼”結(jié)構(gòu)為三維骨架，且具有較好的力學(xué)強度和壓縮回彈性的導(dǎo)電多孔材料。

所述彈性導(dǎo)電有機-無機雜化氣凝膠的密度為0.030～0.200g/cm³，最大壓縮比可達95％，且在壓縮后10秒至5分鐘內(nèi)即可回復(fù)原狀，電導(dǎo)率為0.001～1000S/m，其中電導(dǎo)率可隨壓縮率的增加而增大。

以本發(fā)明中的一種彈性、導(dǎo)電、銀納米線-聚吡咯雜化氣凝膠為例，其由具有均一直徑銀納米線和以硝酸銀為氧化劑得到的聚吡咯構(gòu)成，具有由銀納米線-聚吡咯共軸電纜相互連接而形成的基本連續(xù)三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

進一步的講，該銀納米線-聚吡咯氣凝膠具有以下特征：

Ⅰ、所述金屬銀具有直徑為30～60nm，長度達10-100μm的納米線結(jié)構(gòu)。所述導(dǎo)電高分子聚吡咯原位包裹銀納米線所形成的覆蓋層厚度為25～550nm。

Ⅱ、銀納米線的質(zhì)量百分含量在1.9～83.3％范圍內(nèi)，導(dǎo)電高分子聚合物的質(zhì)量百分含量在16.7～98.1％范圍內(nèi)，且可根據(jù)需要通過投料量控制凝膠中金屬和聚合物的質(zhì)量百分含量；

Ⅲ、強度、彈性、導(dǎo)電性和應(yīng)力傳感性能受到氣凝膠結(jié)構(gòu)的影響，且可根據(jù)需要進行控制；

Ⅳ、可承受95％的壓縮形變，且凝膠可在10秒～5分鐘內(nèi)回復(fù)；

Ⅴ、氣凝膠的電阻值隨著壓縮率的增加而逐漸減少，例如從原始電阻值逐漸減小至原始電阻值的15％。

本發(fā)明的另一方面還提供了一種制備所述彈性導(dǎo)電有機-無機雜化氣凝膠的方法，該方法主要是通過液相分散的低維納米材料為初級三維網(wǎng)絡(luò)模板，經(jīng)過本征導(dǎo)電高分子的原位聚合和共形包覆后得到所述氣凝膠。

仍以本發(fā)明中的一種彈性、導(dǎo)電、銀納米線-聚吡咯雜化氣凝膠的制備方法為例，參閱圖1，其可包括如下步驟：

a.將本征導(dǎo)電高分子單體溶于銀納米線的水和有機溶劑形成的混合溶劑分散液中，形成高分子單體溶液；

其中，所述有機溶至少可選自乙醇、乙二醇、丙三醇、丙酮、丁酮、乙腈、四氫呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的二甲基亞砜任一種，但不限于此。所述混合溶劑中水和有機溶劑的體積比優(yōu)選為1：10～10：1。

b.將氧化劑溶于水與有機溶劑組成的混合溶劑中，形成氧化劑的均相溶液；

其中，所述氧化劑優(yōu)選硝酸銀，但不限于此。

c.將所述高分子單體溶液、所述氧化劑的均相溶液分別在溫度為0-50℃的環(huán)境中恒溫1分鐘～3小時后，快速混合并轉(zhuǎn)移至凝膠模具中，直至形成凝膠；其中，快速混合可利用高速磁力攪拌或機械攪拌等方式實現(xiàn)。

d.將步驟c所獲凝膠置于0～90℃溫度下靜置0.5～15天，在靜置過程中，應(yīng)保證凝膠模具的密封性良好，以防長時間放置過稱中低沸點溶劑的嚴重揮發(fā)所導(dǎo)致的凝膠的不均一性。

e.將步驟d處理后的凝膠從模具中取出，進行2～30天的純化溶液置換純化，以除去濕凝膠中的各種雜質(zhì)，其中所采用的純化溶劑可以是水和無水乙醇。

f.對步驟e所獲的導(dǎo)電高分子水凝膠進行干燥處理，獲得所述氣凝膠，其中，所述干燥方法可選自超臨界干燥、冷凍干燥、自然干燥中的任一種，但不限于此。

進一步的，仍以本發(fā)明中的一種彈性、導(dǎo)電、銀納米線-聚吡咯雜化氣凝膠為例，若采用超臨界干燥方式，則其操作可以包括：向濕凝膠中加入乙醇或丙酮，浸泡1～10h后將乙醇或丙酮倒出，重復(fù)1～10次后，得到銀納米線-聚吡咯醇凝膠或酮凝膠，然后用超臨界乙醇或超臨界二氧化碳干燥≧2h，得到銀納米線-聚吡咯氣凝膠。

而若采用冷凍干燥方式，則其操作可以包括：向濕凝膠中加入乙醇或丙酮，浸泡1～10h后將乙醇或丙酮倒出，重復(fù)1～10次后，向銀納米線-聚吡咯濕凝膠中加入水，浸泡1～10h后將水倒出，重復(fù)1～10次后，將銀納米線-聚吡咯濕凝膠在-5℃～-50℃下冷凍≥30min，然后在10℃～100℃下干燥30分鐘～48小時，得到銀納米線-聚吡咯氣凝膠；冷凍和干燥過程均在1～1000Pa的真空度下進行。

而若采用自然干燥方式，則其操作可以包括：向濕凝膠中加入乙醇或丙酮，浸泡1～10h后將乙醇或丙酮倒出，重復(fù)1～10次后，得到銀納米線-聚吡咯醇凝膠或酮凝膠，然后在10℃～50℃下放置，直至完全干燥得到銀納米線-聚吡咯氣凝膠。

本發(fā)明的彈性導(dǎo)電有機-無機雜化氣凝膠結(jié)合了金屬納米線、導(dǎo)電高分子與氣凝膠各自的優(yōu)勢，在應(yīng)力傳感、智能開關(guān)、智能電加熱等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

在本發(fā)明的一典型實施案例中，一種彈性導(dǎo)電有機-無機雜化氣凝膠的制備方法可包括以下步驟：

a.將吡咯溶解于分散有無機納米顆粒的水/有機溶劑混合溶劑中，形成吡咯單體的均相溶液，其中吡咯的濃度可根據(jù)預(yù)定的無機成分含量和氣凝膠濃度而定。

b.按照前述吡咯單體摩爾用量的0.1～2.0倍稱取氧化劑硝酸銀，將其溶解于水和有機溶劑的混合溶劑，形成氧化劑的均相溶液。

c.將前述吡咯單體溶液和氧化劑溶液置于冰水浴中預(yù)冷1分鐘～3小時后，進行快速混合，并轉(zhuǎn)移至置于冰水浴中的凝膠模具中，靜置一段時間后，反應(yīng)溶液形成凝膠。凝膠形成時間隨著吡咯濃度和氧化劑用量的不同而從30秒～2天不等。

d.將凝膠體系轉(zhuǎn)移至0～90℃的恒溫水浴中，靜置0.5～15天的時間。

e.將凝膠從模具中取出后，向濕凝膠中加入去離子水，浸泡1～10h后將去離子水倒出，重復(fù)1～10次后，得到銀納米線-聚吡咯水凝膠。

f.對前述銀納米線-聚吡咯水凝膠進行超臨界干燥處理，獲得所述氣凝膠。

以下結(jié)合附圖及若干較佳實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作詳細說明。

實施例1請再次參閱圖1，將2.24mmol，155μL的吡咯(Pyrrole)單體加入到1.5mL濃度為9.43mg/mL的銀納米線/水-乙醇(v/v 1:5)混合溶液中，混合均勻后置于冰水浴中30min。銀納米線的微觀形貌參閱圖2a-圖2b。同時，將2.24mmol，0.381g硝酸銀(AgNO₃)溶解于1.5mL水-乙醇(v/v 1:5)混合溶液中，混合均勻后置于冰水浴中30min。在強烈磁力攪拌下，將硝酸銀溶液加入到吡咯單體溶液中，攪拌均勻后轉(zhuǎn)移至凝膠模具中，在冰水浴中靜置約2h后形成凝膠。將其轉(zhuǎn)移至35℃的恒溫水浴中，靜置2天。將得到的凝膠從反應(yīng)容器中取出，向濕凝膠中加入去離子水，浸泡3h后將去離子水倒出，重復(fù)8次后，得到的直徑為20mm、高度為14mm圓柱狀銀納米線-聚吡咯水凝膠，將水凝膠進行冷凍干燥，得到彈性、導(dǎo)電、有機-無機雜化氣凝膠材料。氣凝膠中銀納米線所占的質(zhì)量百分含量為8.6％，聚吡咯所占的質(zhì)量百分含量為91.4％。氣凝膠可被壓縮80％，且1min內(nèi)即可基本恢復(fù)。電導(dǎo)率為0.038S/m。參閱圖3a-圖3c，凝膠呈現(xiàn)同軸納米電纜相互連接而成的三維連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。參閱圖4a-圖4b，分別對于氣凝膠進行壓縮模式的應(yīng)力應(yīng)變測試，在高度方向上凝膠可被壓縮90％，30s內(nèi)恢復(fù)形變，壓縮回復(fù)可循環(huán)多次，且最大壓縮應(yīng)力無明顯衰減。

實施例2請再次參閱圖1，將1.34mmol，93.07μL的吡咯(Pyrrole)單體加入到2mL濃度為220mg/mL銀納米線的水-乙二醇(v/v 3:1)混合溶液中，混合均勻后置于35℃恒溫水浴中10min。同時，將0.67mmol，0.114g硝酸銀(AgNO₃)溶解于1mL水-乙二醇(v/v 3:1)混合溶液中，混合均勻后置于35℃恒溫水浴中中10min。在強烈磁力攪拌下，將硝酸銀溶液加入到吡咯單體溶液中，攪拌均勻后轉(zhuǎn)移至凝膠模具中，在冰水浴中靜置約2d后形成凝膠。將其轉(zhuǎn)移至65℃的恒溫水浴中，靜置1天。將得到的凝膠從反應(yīng)容器中取出，向濕凝膠中加入去離子水，浸泡5h后將去離子水倒出，重復(fù)6次后，得到的直徑為20mm、高度為12mm圓柱狀銀納米線-聚吡咯水凝膠，將水凝膠進行超臨界干燥，得到彈性、導(dǎo)電、有機-無機雜化氣凝膠材料。氣凝膠中銀納米線所占的質(zhì)量百分含量為83.3％，聚吡咯所占的質(zhì)量百分含量為16.7％。氣凝膠可被壓縮95％，且3min內(nèi)即可基本恢復(fù)。電導(dǎo)率為2.104S/m。凝膠呈現(xiàn)同軸納米電纜相互連接而成的三維連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

實施例3請再次參閱圖1，將4.17mmol，290μL的吡咯(Pyrrole)單體加入到1mL濃度為6.6mg/mL的銀納米線的水-二甲亞砜(v/v 2:3)混合溶液中，混合均勻后置于冰水浴中1h。同時，將6.26mmol，1.062g硝酸銀(AgNO₃)溶解于3mL水-二甲亞砜(v/v 2:3)混合溶液中，混合均勻后置于冰水浴中1h。在強烈磁力攪拌下，將硝酸銀溶液加入到吡咯單體溶液中，攪拌均勻后轉(zhuǎn)移至凝膠模具中，在冰水浴中靜置約3min后形成凝膠。將其轉(zhuǎn)移至15℃的恒溫水浴中，靜置7天。將得到的凝膠從反應(yīng)容器中取出，向濕凝膠中加入去離子水，浸泡4h后將去離子水倒出，重復(fù)10次后，得到的直徑為20mm、高度為18mm圓柱狀銀納米線-聚吡咯水凝膠，將水凝膠進行超臨界干燥，得到彈性、導(dǎo)電、有機-無機雜化氣凝膠材料。氣凝膠中銀納米線所占的質(zhì)量百分含量為2.3％，聚吡咯所占的質(zhì)量百分含量為97.7％。氣凝膠可被壓縮75％，且30s內(nèi)即可基本恢復(fù)。電導(dǎo)率為0.480S/m。凝膠呈現(xiàn)同軸納米電纜相互連接而成的三維連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

實施例4請再次參閱圖1，將1.85mmol，164μL的1-甲基吡咯單體加入到1.5mL濃度為10mg/mL的銅納米線的水-乙醇(v/v 1:1)混合溶液中，混合均勻后置于冰水浴中40min。同時，將3.70mmol，0.694g硝酸銅(Cu(NO₃)₂)溶解于1.5mL水-乙醇(v/v 1:1)混合溶液中，混合均勻后置于冰水浴中40min。在強烈磁力攪拌下，將硝酸銅溶液加入到1-甲基吡咯單體溶液中，攪拌均勻后轉(zhuǎn)移至凝膠模具中，在冰水浴中靜置約1min后形成凝膠。將其轉(zhuǎn)移至25℃的恒溫水浴中，靜置4天。將得到的凝膠從反應(yīng)容器中取出，向濕凝膠中加入去離子水，浸泡5h后將去離子水倒出，重復(fù)9次后，得到的直徑為20mm、高度為14mm圓柱 狀銅納米線-聚(1-甲基-吡咯)水凝膠，將水凝膠進行超臨界干燥，得到彈性、導(dǎo)電、有機-無機雜化氣凝膠材料。氣凝膠中金屬銅所占的質(zhì)量百分含量為9.09％，聚(1-甲基-吡咯)所占的質(zhì)量百分含量為90.9％。氣凝膠可被壓縮65％，且10s內(nèi)即可基本恢復(fù)。電導(dǎo)率為10.45S/m。凝膠呈現(xiàn)聚合物共性包覆的納米線相互連接而成的三維連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

實施例5參閱圖5，將實施例1所獲銀納米線-聚吡咯氣凝膠置于兩片銅電極之間，并將其連至電流回路中，加工制備成應(yīng)力傳感器。輸入1V恒定電壓，檢測電路中的電流值隨聚吡咯氣凝膠壓縮形變量的關(guān)系，繼而得出氣凝膠電阻值和壓縮率的關(guān)系。參閱圖6a，在高度方向上，氣凝膠的壓縮應(yīng)力越大，壓縮率越高，其電阻值越小。將氣凝膠緩慢壓縮至應(yīng)力值為10kPa，氣凝膠的電阻逐漸減少了40％。參閱圖6b，向應(yīng)力傳感器反復(fù)快速施加脈沖式壓縮應(yīng)力，氣凝膠的最大壓縮率為80％，電阻值最多減小83％。在9.03Pa-7.46kPa范圍內(nèi)的各壓縮應(yīng)力下，應(yīng)力傳感器的循環(huán)穩(wěn)定性都較好。

實施例6將實施例1、2和3得到的銀納米線-聚吡咯氣凝膠(銀含量分別為83.3、8.6和2.3wt％)切成薄膜狀的樣條，并將其置于帶有溫控系統(tǒng)的熱臺上。從17.5到50℃，逐步改變熱臺的溫度，讀取并記錄每個穩(wěn)定溫度下的氣凝膠樣條的電阻值。同樣，將實施例1中所使用的銀納米線進行抽濾，制成類似的薄膜狀樣條；將純的聚吡咯納米顆粒抽濾成膜，同樣制成類似的薄膜狀樣條。參閱圖5，將這5組樣品隨著溫度升高的電阻相對變化進行比較，參閱圖7，可以看出銀納米線體現(xiàn)出正電阻-溫度系數(shù)，聚吡咯體現(xiàn)出負電阻-溫度系數(shù)，而實施例1、2和3得到的銀納米線-聚吡咯氣凝膠的電阻-溫度系數(shù)的絕對值介于兩者之間。

實施例7請再次參閱圖5，在25℃及15℃下分別測試壓縮應(yīng)力由0增加到8kPa過程中，實施例2所獲得的銀納米線-聚吡咯氣凝膠的電阻相對變化，測試結(jié)果參閱圖8。

實施例8參閱圖9a，將實施例2所獲得的銀納米線-聚吡咯氣凝膠按照實施例5的方法加工成應(yīng)力傳感器。將此應(yīng)力傳感器置于二氧化硅氣凝膠氈墊之上，覆蓋一層柔性熱致變色薄膜，用PET環(huán)將其薄膜的邊緣進行固定，即構(gòu)建了應(yīng)力驅(qū)動的智能電加熱系統(tǒng)。向銀納米線-聚吡咯氣凝膠輸入3伏的電壓，在不施加壓縮應(yīng)力的情況下，180s溫變膜沒有明顯的顏色變化；若在垂直方向上施加一個壓縮應(yīng)力，通過氣凝膠的電流增加了3.88倍，電流通過所產(chǎn)生的熱量使得溫變膜的顏色在10s內(nèi)由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨?。持續(xù)60s后，撤去壓縮應(yīng)力，電流值恢復(fù)原值，溫變膜顏色維持白色。140s后，撤去輸入電壓，在45s內(nèi)溫變膜的顏色由白色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色，參閱圖9b-圖9c。

應(yīng)當(dāng)理解，以上說明及在圖紙上所示的實施例，不可解析為限定本發(fā)明的設(shè)計思想。在 本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域里持有相同知識者可以將本發(fā)明的技術(shù)性思想以多樣的形態(tài)改良變更，這樣的改良及變更，以及以此方法制備其他種彈性導(dǎo)電濕凝膠和氣凝膠應(yīng)理解為屬于本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。