高强韧聚乙烯醇_聚丙烯酰胺导电水凝胶的制备及在应变传感器中的应用.docxVIP

第39卷第11期

高分子材料科学与工程

Vol.39,No.11

2023年11月

POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERING

Nov.2023

高强韧聚乙烯醇/聚丙烯酰胺导电水凝胶的制备及在应变传感器中的应用

王锦全，张蕾，何立，江献财

（福州大学石油化工学院，福建福州350108）

摘要：将自由基聚合后得到的凝胶浸泡于不同的无机盐溶液中(NaCl，NaSO和NaCit)，制备出聚乙烯醇/聚丙烯酰胺(PVA/PAM)双网络导电水凝胶，研究了其力学性能的变化与不同盐之间的关系。这3种盐中，只有NaCit能够显著提高PVA/PAM复合凝胶的力学性能，且所得凝胶能够在室温下保持稳定。其中NaCit的盐析作用引起了复合凝胶中PVA物理交联网络的形成，从而得到了强韧的PVA/PAM-Cit双网络导电水凝胶。PVA/PAM-Cit双网络水凝胶具有较高的力学强度(1.57MPa)和韧性(10.52MJ/m)。此外PVA/PAM-Cit双网络水凝胶还表现出良好的传感性能。

关键词：水凝胶；导电性；盐析作用；柠檬酸钠；应变传感器

中图分类号：TQ427.26文献标识码：A文章编号：1000-7555（2023）11-0129-08

由三维聚合物网络结构和大量水组成的水凝胶具有独特的物理化学性质[1]，因此，水凝胶在诸多领域都有着广泛的应用，包括伤口敷料[2]、生物医药中的药物递送[3]、传感器[4]及柔性储能器件中的全固态超级电容器[5]和水系锌离子电池[6]等。然而，其富水性和低交联性往往导致其力学性能偏弱，从而极大地限制了此类柔性材料的应用。到目前为止，通过将导电聚合物、碳材料、离子液体、无机盐等引入水凝胶中作为导电介质已经获得了多种离子/电子导电水凝胶[7]。其中，掺杂无机盐的离子导电水凝胶以其低成本、高电导率和抗冻性能在柔性储能器件和应变传感器领域受到了广泛的关注。但是，氯化锂等盐的引入会影响聚合物链与聚合物结晶区的氢键结合，从而影响离子导电水凝胶的力学性能[8]。因此，制备同时具有高离子导电性和高力学强度的离子水凝胶仍然是一个具有挑战性的课题。因此，要得到拉伸强度大于1MPa、韧性大于10MJ/m3、弹性模量大于1MPa和离子电导率大于1S/m的离子导电水凝胶仍十分困难。

聚乙烯醇(PVA)是一种常见的水凝胶制备材料[9]，由于其分子链上带有大量的羟基，能够形成稳定的物理交联结构从而形成弹性良好的PVA水凝胶。前期研究表明不同的无机盐对于PVA水凝胶具有不同的调节能力，He等[10]通过将冻融得到的PVA水凝胶浸泡于不同的无机盐溶液中，研究了不同无机盐对PVA水凝胶力学性能的调控能力。然而，由于PVA形成的物理交联点在遇到较大的形变时难以恢复到原来状态，因此PVA水凝胶缺乏抗疲劳性。研究表明，通过双网络的结构设计能够提供良好的能量耗散机制，从而能很好地提高凝胶自恢复性以及抗疲劳性[11,12]。但目前有关不同无机盐对PVA基复合水凝胶结构和性能影响的研究仍较少，故需加强对不同无机盐对PVA基凝胶的结构和性能影响的研究，以望制备得到高性能的凝胶基材料。

本文通过自由基聚合得到聚乙烯醇/聚丙烯酰胺(PVA/PAM)复合凝胶，再将其浸泡在饱和无机盐溶液中进行改性，在凝胶内部构筑PVA物理交联网

doi:10.16865/ki.1000-7555.2023.0214

收稿日期：2022-12-16

基金项目：福建省自然科学基金资助项目(2020J01516)；高分子材料科学与工程国家重点实验室(四川大学)开放课题(Sklpme2019-4-25)通讯联系人：江献财，主要从事环境友好型功能高分子材料研究，E-mail:jiangxc@

130高分子材料科学与工程2023年

络，使PVA/PAM复合凝胶转变为双网络凝胶。选用了3种无机盐溶液(NaCl，Na2SO4