本發(fā)明屬于材料合成領域，具體而言，涉及一種應變響應導電水凝膠的制備方法，由該方法制備的水凝膠不僅具有高伸縮率和耐疲勞強度還擁有應變響應導電特性，特別涉及一種微波輔助加熱協同組裝合成應變響應導電水凝膠的制備方法。
背景技術：
：刺激響應聚合物軟材料，作為一種可智能響應外部環(huán)境變化的新型材料在仿生生物學、柔性電子設備、生物傳感器等領域有很高的應用前景，所以越來越受到人們的關注。盡管當前，一些水凝膠產品已具備了可響應外部刺激變化的能力，如由Yuan等提出的通過可逆的溶膠-凝膠過度體系制備的水凝膠可對外部溫度變化做出響應(TianyuYuan,MarielaVazquez,AmandaN.Goldner,YanXu,RafaelContrucci,MillicentA.Firestone,MarkA.Olson,andLeiFangAdv.Mater,2016,DOI:10.1002/adfm.201603364)；由Yang等提出的通過納米材料改性水凝膠使其具有可恢復能力(JunYang,XuemingZhang,MamingMa,FengXu,ACSMacroLett.,2015,4,829-833.)；由Xu等人提出的通過分子級別摩擦靜電效應使水凝膠具有缺口不敏感屬性(WeiXu,Long-BiaoHuang,Man-ChungWong,LiChen,GongxunBai,andJianhuaHaoAdv.Mater,2016,1601529-1601537)。但是水凝膠自身的機械強度、延展性、韌性、可恢復性等還是不令人滿意，這將制約其在仿生生物學、柔性電子設備、生物傳感器等領域的應用。針對這些亟待解決的問題，由Kamata等人提出的通過共價鍵連接構建均一網絡結構的水凝膠，不僅能夠抑制溶脹現象在循環(huán)加載過程中還不存在滯后現象時水凝膠具有高機械強度(HiroyukiKamata,YukiAkagi,YukoKayasuga-Kariya,Ung-ilChung,TakamasaSakaiScience,2014,343,873-875)；由Lin等人提出通過陽離子調和均一網絡結構，使水凝膠在具有高機械強度的同時還擁有高耐疲勞強度，并且陽離子添加使水凝膠具有導電性能(PengLin,ShuanhongMa,XiaolongWang,andFengZhouAdv.Mater,2015,DOI:10.1002/adma.201405022)。近年來微波已經被廣泛地應用于化學領域，包括分子篩制備、放射性藥物的合成、無機配合物的合成與嵌入反應、干燥條件下的有機反應、等離子體化學、分析化學中的樣品預處理及催化等。近年來，微波法因其具有特殊效應已引起了材料科學界的極大關注。與傳統(tǒng)方法相比，微波法具有反應速度快、反應條件溫和及反應效率高等優(yōu)點，而且產品具有較高的純度、窄的粒徑分布和均一的形態(tài)，并適于推廣到大規(guī)模的工業(yè)生產中去，因而在材料合成領域中顯示了良好的發(fā)展態(tài)勢和廣闊的應用前景。技術實現要素：針對上述現有技術存在的問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種通過微波輔助制備應變響應導電水凝膠的方法，該方法通過構建均一網絡結構賦予水凝膠高機械強度，引入Fe3+離子配位賦予水凝膠高的耐疲勞強度，而Fe3+和納米纖維素(CNC)配位形成的“芯-皮”結構網絡作為水凝膠的導電相，在水凝膠產生形變時，“芯-皮”結構相互交叉重疊率隨之改變，引起水凝膠電阻變化進而產生響應導電特性。由該方法制備的水凝膠不僅具有高伸縮率和耐疲勞強度還擁有應變響應導電特性。根據本發(fā)明的所述制備應變響應導電水凝膠的方法，包括如下步驟：1)將聚乙烯醇(PVA)顆粒溶解在去離子水中制備質量百分比濃度為5至20％的聚乙烯醇溶液；2)將聚乙烯吡咯烷酮(PVP)顆粒溶解在去離子水中制備質量百分比濃度為10至45％的聚乙烯吡咯烷酮溶液；3)反應基體溶液的制備將步驟1)所得到的聚乙烯醇溶液和步驟2)所得到的聚乙烯吡咯烷酮溶液按體積比9:3至3:3的比例混合攪拌均勻后得到反應基體溶液；4)反應溶液的制備將占反應基體溶液重量0.5～1.5％的納米纖維素和占反應基體溶液重量0.03～0.05％的氯化鐵加入到10重量份的去離子水中，在超聲波條件下均勻混合，得到應變響應導電水凝膠的導電相溶液，然后，將導電相溶液加入到3)步驟中所得到的反應基體溶液中，在超聲波條件下分散均勻，得到混合均勻的溶液；5)微波輔助加熱凝膠化將步驟4)中得到的反應溶液在600W微波下加熱1至6分鐘，優(yōu)選為3分鐘，待溶液變成棕紅色之后取出，攪拌條件下，滴加占混合溶液體積1至3％，優(yōu)選為1％，的質量百分比濃度為10％的硫酸，待溶液由棕紅色變?yōu)橥该鳡顟B(tài)，停止攪拌，然后冷卻至室溫即可得到應變響應導電水凝膠。優(yōu)選地，步驟1)中采用的聚乙烯醇顆粒為具有17-22萬的重均分子量且醇解度約為88％的聚乙烯醇顆粒，進一步優(yōu)選為PVA17-88，所述聚乙烯醇溶液的質量百分比濃度優(yōu)選為7-15％，進一步優(yōu)選為8-10％，更進一步優(yōu)選為8％。優(yōu)選地，步驟2)中所述聚乙烯吡咯烷酮粉末為具有1-7萬的重均分子量的聚乙烯吡咯烷酮粉末，優(yōu)選為聚乙烯吡咯烷酮K-30，所述聚乙烯吡咯烷酮溶液的質量百分比濃度優(yōu)選為10-25％；進一步優(yōu)選為20-25％，更進一步優(yōu)選為20％。優(yōu)選地，步驟3)中所述步驟1)所得到的聚乙烯醇溶液和步驟2)所得到的聚乙烯吡咯烷酮溶液混合體積比優(yōu)選為9:3至6:3，進一步優(yōu)選為7:3至5:3，更進一步優(yōu)選為7:3。優(yōu)選地，步驟4)中添加納米纖維素和氯化鐵的量分別優(yōu)選為占反應基體溶液重量的0.5～1.0％和0.04～0.05％，進一步優(yōu)選為占反應基體溶液重量的1.0％和0.045％。優(yōu)選地，步驟4)所述納米纖維素按照如下方法制備：取配制好的質量百分比濃度為58％硫酸50mL置于圓底燒瓶中，加入5g微晶纖維素(摩爾質量：34，843-38，894；聚合度：215～240；購買自Sinopharm試劑公司)在50℃條件下反應35min，反應完成后把反應產物轉移到燒杯中用去離子水稀釋至800mL靜置4h，然后在3000轉條件下離心30min，透析24h，-50℃條件下真空冷凍36h得到的1g納米纖維素。優(yōu)選地，根據本發(fā)明的制備方法中不添加有機溶劑、交聯劑、引發(fā)劑，以及不采用紫外光誘導。根據本發(fā)明的所述制備方法包括如下步驟：1)將10g聚乙烯醇顆粒PVA17-88加入115mL去離子水中在磁力攪拌加熱條件下配制成質量百分比濃度為8％的溶液；2)將5g聚乙烯吡咯烷酮粉末K-30加入到20mL去離子水中在超聲波條件下配制成質量百分比濃度為20％的聚乙烯吡咯烷酮溶液；3)反應基體溶液制備將步驟1)得到的聚乙烯醇溶液和步驟2)得到的聚乙烯吡咯烷酮溶液按體積比7:3的比例混合攪拌均勻后配得100mL的反應基體溶液，4)反應溶液制備將占反應基體溶液重量1.0％的納米纖維素(1.0g)和占反應基體溶液重量0.045％的氯化鐵(45mg)加入到10mL去離子水中，在超聲波條件下均勻混合，得到應變響應導電水凝膠的導電相溶液，最后，將導電相溶液加入到反應基體溶液中，在超聲波條件下分散均勻，得到混合均勻的溶液；5)微波輔助加熱凝膠化將步驟4)中得到的反應溶液在600W微波下加熱3min，待溶液變成棕紅色之后取出，攪拌條件下滴加占混合溶液體積1％的質量百分比濃度為10％的硫酸，溶液中聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮發(fā)生自組裝的親電重排交聯成二嵌段的網絡結構，納米纖維素上的羥基與Fe3+配位形成具有導電能力的“芯-皮”結構網絡，溶液由棕紅色變?yōu)橥该鳡顟B(tài)，然后冷卻至室溫即可得到不僅具有高伸縮率和耐疲勞強度還擁有應變響應導電特性的水凝膠。根據本發(fā)明的另一個目的在于提供一種具有高伸縮率和耐疲勞強度還擁有應變響應導電特性的水凝膠，所述水凝膠通過上述制備方法制備，所述水凝膠在承受6.2MPa的拉應力下，伸長率最高達到820％；在壓縮形變量為80％條件下循環(huán)8次恢復率維持在97.6％以上；當所述水凝膠伸長率達到400％時，水凝膠的電阻變化為原來5.2倍，當水凝膠壓縮率達到50％時，水凝膠的電阻變化為原來的0.4倍。有益效果根據本發(fā)明的應變響應導電特性的水凝膠中，PVA和PVP都是簡單易得的高聚物，兩者在酸性環(huán)境下微波輔助加熱自組裝可合均一聚合物網絡；納米纖維素上的羥基與Fe3+配位形成具有導電能力的“芯-皮”結構網絡，因此具有良好的應變響應導電特性，在具有高機械強度的同時還保持高的耐疲勞強度。同時根據本發(fā)明的應變響應導電水凝膠的制備方法簡單，原料來源廣泛，價格便宜，降低產品的生產成本，適合大規(guī)模工業(yè)化生產。附圖說明圖1為根據實施例1制備的應變響應導電水凝膠內部均一網絡結構示意圖。圖2為根據實施例1制備的應變響應導電水凝膠中PVA和PVP形成的均以網絡結構式和納米纖維素(CNC)上的羥基與Fe3+配位形成具有導電能力的“芯-皮”結構式示意圖。圖3為根據本發(fā)明的應變響應導電水凝膠合成過程圖。圖4為根據實施例1制備的應變響應導電水凝膠及其反應物的傅里葉紅外譜圖。圖5為根據實施例1制備的應變響應導電水凝膠的機械性能實驗圖。圖6為根據實施例1制備的應變響應導電水凝膠的耐疲勞強度實驗圖。圖7為根據實施例1制備的應變響應導電水凝膠的循環(huán)冷凍/解凍實驗圖。圖8為根據實施例1制備的應變響應導電水凝膠的拉伸導電特性圖。圖9為根據實施例1制備的應變響應導電水凝膠的壓縮導電特性圖。圖10為根據實施例1制備的應變響應導電水凝膠的循環(huán)拉伸/壓縮導電特性圖。具體實施方式在根據本發(fā)明的制備方法中以高聚物PVA和PVP形成的均一網絡為基體相，Fe3+和CNC配位形成的“芯-皮”結構網絡作為水凝膠的導電相，先將PVA和PVP配制成溶液，然后將PVA溶液和PVP溶液按照一定的比例混合，然后加入一定量的CNC和Fe3+，在微波輔助加熱條件下反應，最后向反應溶液中滴加硫酸，迅速用玻璃棒攪拌，冷卻至室溫即可得到穩(wěn)定的水凝膠，此過程無需任何復雜實驗設備，不添加任何交聯劑、有機溶劑、引發(fā)劑以及紫外誘導條件，組分內部通過協同組裝形成均一網絡結構賦予水凝膠高機械強度和高耐疲勞強度，并且還具有應變響應導電特性。根據本發(fā)明的制備方法中，所述PVA顆粒為分子量為17-22萬且醇解度約為88％的PVA顆粒，優(yōu)選為PVA17-88。而且PVA17-88是醫(yī)用聚合物，有很好的生物相容性。當PVA的分子量過高時，PVA的價格越高，成本上升，且由于容易固化而不易配制成溶液；而當PVA的分子量過低時，雖然價格可能便宜，但由于分子鏈過短，不能與PVP構建均一的三維網絡結構。因此根據本發(fā)明的制備方法中所述PVA顆粒的分子量優(yōu)選為17-22萬。聚乙烯醇PVA17-88水溶液在室溫下隨時間粘度逐漸增大.但質量百分比濃度為8％時的粘度是絕對穩(wěn)定的，可以長時間的穩(wěn)定存在。質量百分比濃度為8％的聚乙烯醇水溶液在高溫下粘度保持不變有利于與聚乙烯吡咯烷酮的充分混合。聚乙烯醇與聚乙烯吡咯烷酮作為聚合物水凝膠的三維聚合網絡的骨架，當保持質量百分比濃度為8％的聚乙烯醇體積不變時，以質量百分比濃度為20％聚乙烯吡咯烷酮體積為變量合成水凝膠，當聚乙烯吡咯烷酮體積比較低時合成的水凝膠太軟不易成型、機械強度也不高，當聚乙烯吡咯烷酮體積比較高時合成的水凝膠柔韌性差、脆性比較大。根據本發(fā)明的制備方法中，所述PVP粉末可以是K-30PVP粉末，其重均分子量約為1-7萬，較為合適，同時PVPK-30已獲得國家醫(yī)藥管理部門的批準正式上市，環(huán)保無污染而且具有良好的生物相容性，不與人體組織發(fā)生反應，有良好的生理惰性。根據本發(fā)明的制備方法中，所述納米纖維素的尺度大小為10-100nm，尺寸過大會影響水凝膠內部網絡結構的均一性，而且還會降低水凝膠的透明度。根據本發(fā)明的制備方法中，所述Fe3+的來源是FeCl3或Fe(NO3)3，優(yōu)選為FeCl3，陽離子價態(tài)越高，與納米纖維配合效率越高，原料來源簡單、便宜，且氯離子不影響水凝膠的協同組裝反應。所述Fe3+和納米纖維素配合形成“芯-皮”結構作為水凝膠的導電相，其中納米纖維素不僅與Fe3+配合，還通過氫鍵與均一聚合網絡連接來增加水凝膠的機械強度。Fe3+作為動態(tài)化學鍵的交聯點兼具機械耗能和導電的屬性。由此制備的水凝膠通過構建協同網絡結構，使PVA和PVP形成的均一聚合網絡和Fe3+和納米纖維素配合形成“芯-皮”結構網絡完美配合，既保證了機械強度同時又保證了導電性能，缺一不可。在根據本發(fā)明的制備方法中采用聚乙烯醇(PVA)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作為水凝膠的基體相，聚乙烯醇與聚乙烯吡咯烷酮在不借助交聯劑的作用下通過親電重排自組裝形成互相交聯的三維網絡結構，在聚乙烯醇溶液濃度保持不變的情況下，在一定范圍內水凝膠的拉伸強度隨著聚乙烯吡咯烷酮溶液濃度的增加而增加，原因是聚乙烯吡咯烷酮作為三維聚合網絡的組成部分，隨著聚乙烯吡咯烷酮濃度的增加，交聯密度也相應的增加，使得三維聚合網絡變得更加致密，所承受外力變化的能力也相應增強。在根據本發(fā)明的制備方法中，PVA和PVP都是簡單易得聚合物，使得生產成本大大降低，而且由于PVA和PVP本身就是長分子鏈結構，對于構建水凝膠中三維聚合網絡網狀結構有利，進而提升了水凝膠的力學性能。優(yōu)選地，根據本發(fā)明的制備方法的步驟4)所添加納米纖維素和氯化鐵的量分別優(yōu)選為占反應基體溶液重量的0.5～1.0％和0.04～0.05％，進一步優(yōu)選為占反應基體溶液重量的1.0％和0.045％。當納米纖維素的量太低，小于反應基體溶液重量的0.5％時，不能有效起到增強導電凝膠機械強度的作用，而當納米纖維素的量大于反應基體溶液重量的1.5％，則會破壞水凝膠內部的網絡結構，使水凝軟化；當氯化鐵的量太低，小于反應基體溶液重量的0.03％時，導電性能較差，當氯化鐵的量太高，大于反應基體溶液重量的0.05％時，則也會使水凝膠軟化，影響水凝膠的機械強度。所以所添加納米纖維素和氯化鐵的量分別優(yōu)化為占反應基體溶液質量分數為1.0％和0.045％。以下，將詳細地描述本發(fā)明。在進行描述之前，應當理解的是，在本說明書和所附的權利要求書中使用的術語不應解釋為限制于一般含義和字典含義，而應當在允許發(fā)明人適當定義術語以進行最佳解釋的原則的基礎上，根據與本發(fā)明的技術方面相應的含義和概念進行解釋。因此，這里提出的描述僅僅是出于舉例說明目的的優(yōu)選實例，并非意圖限制本發(fā)明的范圍，從而應當理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以由其獲得其他等價方式或改進方式。實施例11)將10gPVA顆粒(PVA17-88，分子量為17-22萬，醇解度約為88％，國藥集團化學試劑有限公司)加入115mL去離子水中在磁力攪拌，溫度為80℃條件下加熱15min，得到聚乙烯醇的質量百分比濃度為8％的PVA溶液；2)將5gPVP粉末(PVP粉末K-30，分子量1-7萬，西隴化工股份有限公司)加入到20mL去離子水中在超聲波條件下分散15min配制成溶中的聚乙烯吡咯烷酮的質量百分比濃度為20％的PVP溶液；3)反應基體溶液制備將步驟1)所得到的聚乙烯醇溶液和步驟2)所得到的聚乙烯吡咯烷酮溶液按體積比7:3的比例混合攪拌均勻后配得100mL的溶液；4)反應溶液的制備制備納米纖維素：取配制好的質量百分比濃度為58％硫酸50mL置于圓底燒瓶中，加入5g微晶纖維素(摩爾質量：34，843-38，894；聚合度：215～240；購買自Sinopharm試劑公司)在50℃條件下反應35min，反應完成后把反應產物轉移到燒杯中用去離子水稀釋至800mL靜置4h，然后在3000轉條件下離心30min，透析24h，-50℃條件下真空冷凍36h得到的1g納米纖維素；將占反應基體溶液重量1.0％的納米纖維素(1.0g)和占反應基體溶液重量0.045％的氯化鐵(45mg)加入到10mL去離子水中，在超聲波條件下均勻混合，得到應變響應導電水凝膠的導電相溶液，然后，將導電相溶液加入到3)步驟中所得到的反應基體溶液中，在超聲波條件下分散均勻，得到混合均勻的溶液；5)微波輔助加熱凝膠化將步驟4)中得到的反應溶液在600W微波下加熱3min，待溶液變成棕紅色之后取出，滴加占混合溶液體積1％的質量百分比濃度為10％的硫酸，迅速用玻璃棒進行攪拌，溶液中聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮發(fā)生自組裝的親電重排交聯成二嵌段的網絡結構，納米纖維素上的羥基與Fe3+配位形成具有導電能力的“芯-皮”結構網絡，如圖1、2所示，這時溶液由棕紅色變?yōu)橥该鳡顟B(tài)，然后冷卻至室溫即可得到不僅具有高伸縮率和耐疲勞強度還擁有應變響應導電特性的水凝膠，如圖3所示。采用傅里葉紅外譜圖對原料PVA、PVP、CNC以及反應后的人應變響應導電水凝膠的結構變化進行分析，如圖4所示，在傅里葉紅外光譜圖中反應得到應變響應導電水凝膠紅外吸收峰曲線在1221cm-1出現了C-O-C的吸收峰，說明PVA分子鏈上的羥基和PVP分子鏈上的羰基在酸性條件下發(fā)生了自組裝的親電重排，使得兩種聚合物之間通過共價鍵連接成均一的齊次網絡結構，應變響應導電水凝膠在627cm-1出現了Fe-O的吸收峰，說明納米纖維素C6上的羥基與Fe3+配位形成具有導電能力的“芯-皮”結構網絡。對比實施例11)將10gPVA顆粒(PVA17-88，分子量為17-22萬，醇解度約為88％，國藥集團化學試劑有限公司)加入115mL去離子水中在磁力攪拌，溫度為80℃條件下加熱15min，得到聚乙烯醇的質量百分比濃度為8％的PVA溶液；2)將5gPVP粉末(PVP粉末K-30，分子量1-7萬，西隴化工股份有限公司)加入到20mL去離子水中在超聲波條件下分散15min配制成溶中的聚乙烯吡咯烷酮的質量百分比濃度為20％的PVP溶液；3)反應基體溶液制備將步驟1)所得到的聚乙烯醇溶液和步驟2)所得到的聚乙烯吡咯烷酮溶液按體積比7:3的比例混合攪拌均勻后配得100mL的溶液；4)反應溶液的制備制備納米纖維素：取配制好的質量百分比濃度為58％硫酸50mL置于圓底燒瓶中，加入5g微晶纖維素(摩爾質量：34，843-38，894；聚合度：215～240；購買自Sinopharm試劑公司)在50℃條件下反應35min，反應完成后把反應產物轉移到燒杯中用去離子水稀釋至800mL靜置4h，然后在3000轉條件下離心30min，透析24h，-50℃條件下真空冷凍36h得到的1g納米纖維素；將1g納米纖維素和15mgFe3+加入到10mL去離子水中，在超聲波條件下均勻混合，得到應變響應導電水凝膠的導電相溶液，然后，將導電相溶液加入到3)步驟中所得到的反應基體溶液中，在超聲波條件下分散均勻，得到混合均勻的溶液；5)常規(guī)加熱凝膠化將步驟4)中得到的反應溶液在80℃條件下加熱20min，待溶液變成棕紅色之后取出，滴加占混合溶液體積1％的質量百分比濃度為10％的硫酸，迅速用玻璃棒進行攪拌，這時溶液由也會由棕紅色變?yōu)橥该鳡顟B(tài)，然后冷卻至室溫得到水凝膠，但是得到的水凝膠透明度不均勻，存在有未反應的部分，反應不均勻，這可能由于常規(guī)加熱受熱不均勻所致。而且所需反應時間明顯比微波加熱反應時間要長，浪費時間。對比實施例21)將10gPVA顆粒(PVA17-88，分子量為17-22萬，醇解度約為88％，國藥集團化學試劑有限公司)加入115mL去離子水中在磁力攪拌，溫度為80℃條件下加熱15min，得到聚乙烯醇的質量百分比濃度為8％的PVA溶液；2)將5gPVP粉末(PVP粉末K-30，分子量1-7萬，西隴化工股份有限公司)加入到20mL去離子水中在超聲波條件下分散15min配制成溶中的聚乙烯吡咯烷酮的質量百分比濃度為20％的PVP溶液；3)反應溶液“一鍋法”制備將步驟1)所得到的聚乙烯醇溶液和步驟2)所得到的聚乙烯吡咯烷酮溶液按體積比7:3的比例混合，然后再加入1g納米纖維素和15mgFe3+攪拌均勻后配得100mL的反應溶液，雖然也能配成反應溶液，但是有棕紅色絮狀物產生，這可能是由于Fe3+與納米纖維素和聚乙烯醇同時混合，部分Fe3+與聚乙烯醇的羥基結合形成了棕紅色絮狀物，影響后續(xù)的Fe3+與納米纖維素的結合；4)微波輔助加熱凝膠化將步驟3)中得到的反應溶液在600W微波下加熱3min，待溶液變成棕紅色之后取出，滴加占混合溶液體積1％的質量百分比濃度為10％的硫酸，迅速用玻璃棒進行攪拌，這時溶液由也會由棕紅色變?yōu)橥该鳡顟B(tài)，但是透明度不均勻，存在有未反應的部分，反應不均勻，這源于常規(guī)加熱受熱不均勻。而且所需反應時間明顯比微波加熱反應時間要長，浪費時間。對比實施例3除了在實施例1中步驟4)中只加入1g的納米纖維素，而不加入Fe3+以外，按照實施例1相同的制備步驟制得應變響應導電水凝膠，結果列于表1。對比實施例3中得到的水凝膠雖然也有導電性能，但是不具備應變響應導電性。實施例而中的水凝膠導電性來自于納米纖維素上游離的羥基，不具備Fe3+-CNC的“芯-皮”結構導電網絡，所以水凝膠不具備響應導電特性。對比實施例4除了在實施例1中步驟4)中的Fe3+改為Ca2+以外，按照實施例1相同的制備步驟制得應變響應導電水凝膠，結果列于表1。對比實施例4中得到的水凝膠雖然具備應變響應導電性。但是導電性能沒有實施例1中的強，這是因為三價陽歷與納米纖維素配合形成導電網絡要強于二價陽離子所形成的導電網絡。表1樣品ωPVAωPVPVPVA:VPωCNC陽離子(mg)硫酸(％)實施例18207:31氯化鐵451.5對比實施例38207:31_1.5對比實施例48207:31氯化鈣451.5實驗實施例1：機械性能實驗采用力學試驗機(UTM6530)對應變響應導電水凝膠進行機械性能研究。拉伸試驗使用的樣品大小為:5×2×0.5cm3的長方體，拉伸加載速率為：60mm/min。如圖5、6所示，根據實施例1制備的水凝膠中Fe3+與納米纖維素形成的“芯-皮”結構對水凝膠的機械性能有增強作用，應變響應導電水凝膠在承受6.2MPa的拉應力下，伸長率可達到820％，在壓縮形變量為80％條件下循環(huán)10次恢復率仍維持在97.6％，顯示超強的耐疲勞強度。實驗實施例2：冷凍/解凍循環(huán)試驗對實施例1中制備的應變響應導電水凝膠進行冷凍/解凍循環(huán)試驗對其性能進行研究。冷凍/解凍循環(huán)試驗的條件為-25℃到25℃，所用的樣品為PVP含量為20％的樣品。如圖7所示。先將樣品放入-25℃條件下冷凍，待樣品完全結冰后取出，在25℃條件下解凍，循環(huán)三次。應變響應導電水凝膠仍然保持其透明度，說明沒有因PVA鏈間的氫鍵作用引起的結晶導致的光散射，進一步證明了PVA鏈上的羥基在反應過程中被消耗參與了親電重排，以及應變響應導電水凝膠內部網絡結構保持均一性。實驗實施例3：拉伸導電性實驗對實施例1中制備的應變響應導電水凝膠進行拉伸導電實驗。拉伸試驗使用的樣品大小為：3×0.2×0.2cm3的圓柱體，如圖8所示。LED燈的亮度隨著水凝膠被拉伸長度的增加而減小，說明隨著水凝膠長度被拉伸時，內部Fe3+與CNC形成的“芯-皮”結構導電網絡重疊率降低引起水凝膠的電阻變大最終導致LED的亮度降低。實驗實施例4：壓縮導電性實驗對實施例1中制備的應變響應導電水凝膠進行壓縮導電實驗。壓縮試驗使用的樣品大小為：2×2×2cm3的圓柱體，如圖9所示。LED燈的亮度隨著水凝膠被壓縮高度的減小而增大，說明隨著水凝膠高度被壓縮時，內部Fe3+與CNC形成的“芯-皮”結構導電網絡重疊率增加引起水凝膠的電阻變小最終導致LED的亮度增大。實驗實施例5：拉伸/壓縮循環(huán)導電性實驗對實施例1中應變響應導電水凝膠進行循環(huán)拉伸/壓縮導電實驗。如圖10所示。拉伸循環(huán)，在形變量為400％條件下，循環(huán)10次相對電阻變化維持在5左右；壓縮循環(huán)，在形變量為50％條件下，循環(huán)10次相對電阻變化維持在0.4左右，說明此款水凝膠具有穩(wěn)定的響應導電性能，這將在仿生生物學、柔性電子設備、生物傳感器領域有很高的應用前景。以上實施例僅是作為本發(fā)明的實施方案的例子列舉，并不對本發(fā)明構成任何限制，本領域技術人員可以理解在不偏離本發(fā)明的實質和構思的范圍內的修改均落入本發(fā)明的保護范圍。當前第1頁1 2 3