本發(fā)明屬于水凝膠材料，特別是涉及一種以碳納米管為引發(fā)劑的自生長水凝膠制備方法及水凝膠。

背景技術(shù)：

1、水凝膠材料廣泛應(yīng)用于傳感器、致動(dòng)器、開關(guān)、機(jī)器人、人機(jī)接口、可穿戴電子設(shè)備和生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域。然而，現(xiàn)有水凝膠的制備方法大多依賴化學(xué)合成、機(jī)械加工或3d打印等傳統(tǒng)手段，無法有效模擬生物材料的自生長特性。仿生智能材料中的自愈合、形狀記憶和增強(qiáng)韌性功能，盡管提升了材料性能，但通常需依賴復(fù)雜的制備工藝或外部刺激，制備過程難以實(shí)現(xiàn)自生長。

2、目前，以液態(tài)金屬（如鎵銦合金）作為引發(fā)劑實(shí)現(xiàn)了水凝膠的自生長，但該類引發(fā)劑在反應(yīng)溫度下呈液態(tài)，存在泄露風(fēng)險(xiǎn)，且材料選擇受限，導(dǎo)致現(xiàn)有的自生長水凝膠制備方法普適性較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施例提供的一種以碳納米管為引發(fā)劑的自生長水凝膠制備方法及水凝膠，至少解決相關(guān)技術(shù)中存在引發(fā)劑泄露風(fēng)險(xiǎn)、材料選擇受限，導(dǎo)致自生長水凝膠制備方法普適性較低的問題。

2、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一方面，提供一種以碳納米管為引發(fā)劑的自生長水凝膠制備方法，包括：

3、構(gòu)建用于水凝膠自生長的混合反應(yīng)體系，所述混合反應(yīng)體系包括由下至上依次排列的自由基引發(fā)劑層和水凝膠自生長溶液層，所述自由基引發(fā)劑層包括碳納米管粉末，所述水凝膠自生長溶液層包括水凝膠自生長單體，所述水凝膠自生長單體為乙烯基單體或丙烯酸酯單體；

4、在恒溫條件下對(duì)所述混合反應(yīng)體系進(jìn)行培養(yǎng)，使所述水凝膠自生長單體在所述碳納米管粉末的作用下通過自生長的方式形成水凝膠。

5、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述構(gòu)建用于水凝膠自生長的混合反應(yīng)體系，包括：

6、將所述水凝膠自生長單體溶于超純水中，得到均一、透明的水凝膠自生長單體溶液；

7、將所述碳納米管粉末加入所述水凝膠自生長單體溶液中，得到所述碳納米管粉末和所述水凝膠自生長單體溶液的混合溶液；

8、將所述混合溶液進(jìn)行靜置分層處理，使所述碳納米管粉末和所述水凝膠自生長單體溶液之間形成穩(wěn)定的宏觀界面，以生成所述自由基引發(fā)劑層和所述水凝膠自生長溶液層。

9、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述將所述混合溶液進(jìn)行靜置分層處理包括：

10、將所述混合溶液進(jìn)行靜置分層處理的處理時(shí)間為6小時(shí)~24小時(shí)，處理溫度為25℃。

11、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述水凝膠自生長單體溶液為乙烯基單體水溶液，所述乙烯基單體水溶液中所述乙烯基單體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17 wt.%~42 wt.%；

12、所述乙烯基單體為丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酰胺、n-異丙基丙烯酰胺、n-苯基丙烯酰胺、n-叔丁基丙烯酰胺或雙丙酮丙烯酰胺中的一種。

13、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述水凝膠自生長單體溶液為丙烯酸酯單體水溶液，所述丙烯酸酯單體水溶液中所述丙烯酸酯單體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15 wt.%~30 wt.%；

14、所述丙烯酸酯單體為甲基丙烯酸2-羥乙基酯或聚乙二醇單馬來酸酯中的一種。

15、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述碳納米管粉末為單壁碳納米管或多壁碳納米管中的一種，所述混合溶液中所述碳納米管粉末的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05 wt.%~0.50 wt.%。

16、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述恒溫條件為溫度范圍為45℃~70℃的恒溫環(huán)境。

17、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第二方面，提供一種水凝膠，所述水凝膠根據(jù)第一方面所述的以碳納米管為引發(fā)劑的自生長水凝膠制備方法制備得到。

18、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的以碳納米管為引發(fā)劑的自生長水凝膠制備方法，通過以碳納米管為引發(fā)劑，避免了引發(fā)劑泄露風(fēng)險(xiǎn)，增加了材料選擇范圍，同時(shí)提高了自生長水凝膠制備方法的普適性。具體地，通過將碳納米管作為自由基引發(fā)劑，并以粉末形式替代傳統(tǒng)的液體金屬引發(fā)劑，構(gòu)建了新的自生長水凝膠制備體系。這樣不僅有效規(guī)避了液體金屬引發(fā)劑在反應(yīng)過程中可能發(fā)生的泄露風(fēng)險(xiǎn)，而且由于碳納米管的穩(wěn)定性和可控性，提升了反應(yīng)體系的安全性和實(shí)用性，有助于控制水凝膠生長過程中的界面穩(wěn)定性，使得反應(yīng)可以在相對(duì)溫和且恒定的環(huán)境下進(jìn)行，確保了水凝膠材料的均勻性和結(jié)構(gòu)完整性。此外，通過引入碳納米管，增加了可選擇的引發(fā)劑材料范圍，增強(qiáng)了自生長水凝膠制備方法的靈活性和適應(yīng)性。綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的自生長水凝膠制備方法在降低風(fēng)險(xiǎn)、拓展選擇和提升普適性的方面實(shí)現(xiàn)了顯著的技術(shù)進(jìn)步。

19、本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)在以下附圖和描述中提出，以使本發(fā)明的其他特征、目的和優(yōu)點(diǎn)更加簡明易懂。

技術(shù)特征：

1.一種以碳納米管為引發(fā)劑的自生長水凝膠制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述構(gòu)建用于水凝膠自生長的混合反應(yīng)體系，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述將所述混合溶液進(jìn)行靜置分層處理包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述水凝膠自生長單體溶液為乙烯基單體水溶液，所述乙烯基單體水溶液中所述乙烯基單體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17wt.%~42wt.%；

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述水凝膠自生長單體溶液為丙烯酸酯單體水溶液，所述丙烯酸酯單體水溶液中所述丙烯酸酯單體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15wt.%~30wt.%；

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述碳納米管粉末為單壁碳納米管或多壁碳納米管中的一種，所述混合溶液中所述碳納米管粉末的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05wt.%~0.50wt.%。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述恒溫條件為溫度范圍為45℃~70℃的恒溫環(huán)境。

8.一種水凝膠，所述水凝膠根據(jù)權(quán)利要求1~7中任一項(xiàng)所述的以碳納米管為引發(fā)劑的自生長水凝膠制備方法制備得到。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于水凝膠材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種以碳納米管為引發(fā)劑的自生長水凝膠制備方法及水凝膠。該方法包括，構(gòu)建用于水凝膠自生長的混合反應(yīng)體系，所述混合反應(yīng)體系包括由下至上依次排列的自由基引發(fā)劑層和水凝膠自生長溶液層，所述自由基引發(fā)劑層包括碳納米管粉末，所述水凝膠自生長溶液層包括水凝膠自生長單體，所述水凝膠自生長單體為乙烯基單體或丙烯酸酯單體；在恒溫條件下對(duì)所述混合反應(yīng)體系進(jìn)行培養(yǎng)，使所述水凝膠自生長單體在所述碳納米管粉末的作用下通過自生長的方式形成水凝膠。基于上述方法，提高了自生長水凝膠制備的安全性和普適性。

技術(shù)研發(fā)人員：漸南南,張凱
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2