Page 102 - 《精细化工》2023年第11期
P. 102

·2414·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 40 卷

            的潜力。                                               GR，工业级，深圳市宏达昌进化科技有限公司；
                 明胶（Gel）来源于动物的骨骼、软骨和皮肤，                        SDS，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；甘油，
            是一种天然生物大分子，含有大量活性官能团（—NH 2、                        分析纯，天津市富宇精细化工有限公司；去离子水，
            —COOH、—OH）       [12-14] ，来源广泛且易加工。然而，             自制。
            作为一种天然聚合物，Gel 水凝胶通常表现出较弱                               Perkin-Elmer 2000 傅里叶变换红外光谱仪，美
            的机械强度，缺乏有效的能量耗散。此外，含有丰                             国 Perkin-Elmer 公司；HV-0350 电子万能试验机，
            富水分的明胶水凝胶在低温环境下易冻结，这严重                             上海衡翼精密仪器有限公司；YTLG-10A 冷冻干燥
            阻碍了其实际应用。为了提高 Gel 基水凝胶的综合                          机，上海市叶拓科技有限公司；TESCAN MIRA 扫
            性能，许多研究者对 Gel 进行改性，以形成互穿网                          描电子显微镜，泰斯肯公司；CHI760E 电化学工作
            络结构   [15-16] 、双网络结构 [17-18] 和纳米复合材料   [19-20] 等。  站，上海辰华公司；FinderVista 拉曼光谱仪，北京
            YUE 等   [21] 将二醛微纤化纤维素与 Gel 基体共价连                  卓立汉光仪器公司。
            接，并将复合水凝胶浸入 NaCl 溶液中，制备出具有                         1.2  Gel/GR 导电水凝胶的制备
            高机械强度、抗冻性和自愈性能的天然聚合物导电                                 将 0.8 g GR 粉末、0.1 g SDS 粉末加入到 100 mL
            水凝胶。YOU 等      [22] 采用生物发酵和盐析增韧交联相                 V(水)∶V(甘油)=61∶39 的水-甘油二元溶剂中，在
            结合的方法，制备了具有高导电性、机械柔韧性、                             60  ℃下搅拌 30 min 后，将溶液超声分散 30 min，
            抗冻性和长期稳定性的可调多孔 Gel/聚吡咯/还原氧                         得到 GR 分散液。将 10 g Gel 颗粒加入到 GR 分散
            化石墨烯（Gel/PPy/rGO）有机水凝胶。然而，大部                       液中，在 60  ℃下搅拌 90 min 后超声 30 min，得到
            分互穿网络和双网络导电水凝胶的制备过程复杂、                             Gel-GR 混合溶液，倒入模具中，在冷冻干燥机中
            涉及多个化学反应，并引入了化学交联剂。                                0 ℃放置 12 h 后，室温解冻 2 h，得到 Gel/GR  导电
                 目前，研究含石墨烯（GR）的 Gel 基水凝胶大                      水凝胶。
            部分以氧化石墨烯（GO）为填料。NAZAR 等                   [23] 使       其余产物的制备方法同上，只需改变 GR 与 Gel
                                                               的用量，将制得的产物命名为 Gel-x/GR-y 导电水凝
            用 GO 接枝壳聚糖（CS），并以京尼平（一种从栀子
                                                               胶，其中：x 表示 Gel 的质量，g；y 表示 GR 的质
            苷经 β-葡萄糖苷酶水解产物提取出的天然生物交联
                                                               量，g。
            剂）作交联剂，使 CS 与 Gel 相互交联，制备了具
            有高机械强度的 GO/CS/Gel 水凝胶。PIAO 等              [24] 以   1.3   测试与表征
                                                               1.3.1   红外光谱测试
            GO 作为多功能交联剂连接周围的 Gel 链以形成 3D
                                                                   采用 KBr 压片法，通过傅里叶变换红外光谱仪
            网络，同时 Gel 作为 GO 的还原剂，制备出具有高
                                                               对水凝胶结构进行表征，波数范围为 4000~
            强度、良好韧性的 GO/Gel 复合水凝胶。虽然 GO 表
                                                                                     –1
                                                                     –1
                                                               800 cm ，分辨率为 4 cm 。
            面大量的含氧官能团有利于增强其亲水性及功能
                                                               1.3.2   拉曼测试
            化，但这些含氧官能团会影响电子传输的能力，导
                                                                   采用激光共聚显微拉曼光谱仪对 GR 进行测试，
            致 GO 电导率降低，特别是在 GO 的制备过程中，
                                                               测试范围 500～3500 cm     –1   。
            由于氧化剂的存在，石墨晶格中的碳原子可能被氧                             1.3.3   电导率测试
            化，形成缺陷，进一步影响电导率                 [25] 。因此，本文
                                                                   在水凝胶两端贴上铂电极，使用电化学工作站
            采用十二烷基硫酸钠（SDS）作为表面活性剂，对
                                                               测量水凝胶样品的电导率。计算公式为:
            GR 表面进行非共价键修饰，并超声分散，使 GR 稳                                             L /(RS  )             （1）

            定分散在水/甘油（H 2 O/Gly）二元溶剂中。并且，                       式中：  为电导率，S/m；L 为两个电极间的距离，
            利用 Gel 独特的溶胶-凝胶转变特性             [26] ，通过简单、
                                                                                                2
                                                               cm；S 为所测水凝胶的横截面积，cm ；R 为水凝胶
            高效的物理共混方法制备了 Gel/GR 导电水凝胶；并
                                                               电阻，Ω。
            研究了 Gel/GR 导电水凝胶的导电性能、力学性能、
                                                               1.3.4   拉伸性能测试
            黏附性能和微观形貌，探索了 Gel/GR 水凝胶在检测
                                                                   将水凝胶用裁刀裁剪出标距为 25 mm、宽度为
            人体健康活动中的应用，对于提高 Gel 基导电水凝
                                                               6 mm、厚度为 2 mm 的哑铃型样条，在电子万能试
            胶在柔性传感器中的广泛应用具有重要意义。
                                                               验机上对样条进行拉伸，拉伸速率为 20 mm/min。
                                                               测 5 次取平均值。
            1   实验部分
                                                                   根据公式（2）、（3）计算拉伸强度（ ）和断
            1.1    原料、试剂与仪器                                    裂伸长率（  ）：
                 Gel，生物级，上海麦克林生化科技有限公司；                                               F A∕  0                （2）
   97   98   99   100   101   102   103   104   105   106   107