Page 105 - 《精细化工》2023年第11期
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第 11 期 焦晓岚，等: 可拉伸明胶基导电水凝胶的制备及传感应用 ·2417·
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导率和拉伸性能的对比图。由图 7a 可知，Gel-10/ 电水凝胶冷冻前电导率达到 1.24×10 S/m，–20 ℃
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GR-0.8 导电水凝胶在–20 ℃的环境中放置 12 h 后， 冷冻 12 h 后，电导率仅为 2.67×10 S/m。可见，不
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电导率仍有 3.63×10 S/m，能保持初始 Gel-10/ 含甘油的 Gel/GR 导电水凝胶不具备抗冻性能，在冷
GR-0.8 导电水凝胶 54%的电导率。从图 7b 中可以 冻 后电导 率相 较于冷 冻前 下降了 上千 倍。 当
看出，在–20 ℃下冷冻 12 h 后，Gel-10/GR-0.8 导电 V （水）∶V（甘油）=61∶39 时，Gel-10/GR-0.8 导
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水凝胶的拉伸强度依然能够达到 100.72 kPa，断裂 电水凝胶冷冻前电导率达到 3.52×10 S/m。当其在
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伸长率仍可达到 127.79%。这表明 Gel-10/GR-0.8 导 –20 ℃冷冻12 h 后，电导率仍可以达到2.45×10 S/m，
电水凝胶具有良好的抗冻性能。这主要归功于水凝 相比于冷冻前电导率仅降低 30%。因此，添加甘油后，
胶网络中的甘油，在分子角度上是由于甘油分子与 Gel/GR 导电水凝胶具备了一定的抗冻能力。综上，
水分子之间形成了比水分子与水分子之间更强的氢 甘油可以增强 Gel/GR 导电水凝胶抗冻保湿性。
键，抑制了低温下冰晶的形成，也抑制了环境温度
下水的蒸发，达到抗冻和锁水的目的 [31] 。
图 8 不同溶剂体积比下 Gel/GR 导电水凝胶的保湿性（a）
和抗冻性（b）
Fig. 8 Moisture retention (a) and frost resistance (b) of
图 7 Gel-10/GR-0.8 导电水凝胶在 25 和–20 ℃时电导率 Gel/GR conducting hydrogels with different solvent
（a）和应力-应变曲线（b） volume ratios
Fig. 7 Conductivity (a) and stress-strain curves (b) of
Gel/GR hydrogel at 25 and –20 ℃ 2.6 SEM 测试
Gel/GR 导电水凝胶拉伸断面的 SEM 图见图 9。
为了验证甘油可以增强 Gel/GR 导电水凝胶抗 由图 9a 可知，Gel-10/GR-0 导电水凝胶的断面粗糙，
冻保湿性，将不同溶剂体积比的 Gel-10/GR-0.8 导电 孔洞较多且较小，分布无规则。添加 GR 后，由图
水凝胶进行保湿抗冻性测试，结果如图 8 所示。图 9b~e 发现，Gel-10/GR-0.4 导电水凝胶和 Gel-10/
8a 显示，甘油含量越高，保湿性越好。当 V（水）∶ GR-0.8 导电水凝胶的断面呈现出山峰起伏状的形
V（甘油）=100∶0 时，Gel-10/GR-0.8 导电水凝胶 貌。这是由于 GR 被 Gel 包裹所造成。通过对比发
在室温放置 8 d 后的质量只有初始 Gel-10/GR-0.8 导 现，在 Gel-10/GR-0.8 导电水凝胶中 GR 分布更均匀，
电水凝胶的 23%，而当 V（水）∶V（甘油）=61∶ 且结构更紧密，这既能形成电子通道，也有利于水
39 时，Gel-10/GR-0.8 导电水凝胶的质量在 8 d 后能 凝胶力学性能的增强。在 Gel-10/GR-1.2 导电水凝胶
保持初始导电水凝胶质量的 87%。图 8b 显示，随着 中，GR 开始出现团聚现象，Gel-10/GR-1.6 导电水
甘油含量的增大，导电水凝胶的抗冻性增强。当 V 凝胶中，GR 团聚现象更加严重，从而降低了水凝胶
（水）∶V（甘油）=100∶0 时，Gel-10/GR-0.8 导 的力学性能。
