Page 21 - 《精细化工》2021年第6期

第 6 期 王思恒，等: 抗冻水凝胶的制备及其在柔性电子领域的应用 ·1083·

图 2 引入 H 2 SO 4 制备抗冻水凝胶 [19] （a）及引入 CaCl 2 制备抗冻水凝胶 [21] （b）
[19] [21]
Fig. 2 Preparation of anti-freezing hydrogels by introducing H 2 SO 4 (a) and introducing CaCl 2 (b)

1.2 离子液体改性水凝胶 有稳定的电导率和力学性能，–60 ℃时的离子电导
–3
离子液体（ILs）是一种熔点低于 100 ℃的盐， 率基本稳定在 3.6×10 mS/cm，保证了特殊条件下的
在室温下保持液态且仅由离子组成，具有低熔点、 应变敏感性，而且其拉伸强度达 7.1 MPa，断裂伸长
低饱和蒸汽压和高离子电导率 [26] 。与溶质离子用来 率达 320%。WANG 等 [32] 将纤维素溶解在离子液体
降低水的凝固点类似，当 ILs 与水混合时，ILs 的阴 苄基三甲基氢氧化铵（BzMe 3NOH）水溶液中，通过
离子和阳离子可以与水分子发生相互作用，破坏水 环氧氯丙烷（ECH）化学交联制备了具有防冻性能
结晶的网状结构，使水不易形成冰晶 [27] 。因此，向 的纤维素离子导电水凝胶；水凝胶在–24 和 25 ℃时
水凝胶中引入 ILs，不仅能赋予水凝胶抗冻性能，而 在可见光下的透明度均在 90%以上；在–10 ℃时其
–2
且能提高水凝胶的离子电导率 [28-30] 。 离子电导率达 2.37×10 S/cm，断裂伸长率达 219%
XIANG 等 [31] 采用一步溶剂置换法，将聚酰亚胺 （图 3a）。并且水作为溶剂的水凝胶在–40 ℃时出现
有机凝胶浸泡在离子液体 1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼 冻结，外观变得浑浊且弯曲后无法恢复初始形貌，然
酸盐（[BMIm][BF 4 ]）中，得到性能优异的离子液体 而合成的离子导电水凝胶，在–40 ℃时保持弹性和
改性水凝胶。结果发现，水凝胶在–60~250 ℃内具 透明度，弯曲和打结状态下无可见的断裂产生（图 3b）。

图 3 引入 ILs 制备抗冻纤维素水凝胶（a）；水凝胶在–40 ℃的柔韧性（b） [32]
Fig. 3 Preparation of anti-freezing cellulose hydrogels by introducing ILs (a); Flexibility of hydrogels at –40 ℃ (b) [32]