Page 25 - 《精细化工》2023年第11期
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第 11 期 王林林，等: 纤维素基导电水凝胶研究进展 ·2337·
提升水凝胶生物相容性和机械性能，具有一定的研 壳聚糖、乙基纤维素（EC）和聚苯胺（PANI）制备
究价值 [2-7] 。 成具有良好导电性能的三维网状结构（PANI/CS/
纤维素是一种生物相容性好、可降解、可回收 EC）。纤维素羟基上的—OH 分别与壳聚糖氨基上的
的天然高分子，因含有大量的羟基，可以与其他材 —NH 2 以及聚苯胺分子链上的—N—形成氢键，产生
料以非共价键方式形成具有功能性的水凝胶。近年 有效的导电网络（图 1a）。而且聚苯胺在生物基质
来，在众多功能化纤维素基水凝胶中，利用纤维素 中的良好分散性为电子提供了较大的空间，允许电
和导电材料制备的纤维素基导电水凝胶（C-ECH） 子在彼此之间轻松传输，从而形成更多的连接域，
已成为研究热点 [8-10] 。C-ECH 因具备良好的导电性， 增加导电性。物理交联除了氢键作用，还有离子作
优异的自愈性，较高的机械性能和黏附性而进一步 用和疏水作用。离子作用描述了两种相反离子物质
扩展了应用范围，可满足众多领域的应用需求 [11-16] 。 之间的吸引力，当纤维素及其衍生物与导电物质带
因此，本文在总结通过物理或化学交联制备的自愈 有相反电荷时，在离子作用下形成具有导电功能的
性、高机械性能、强黏性和耐冻性 C-ECH 研究基础 水凝胶。ZHENG 等 [18] 利用 2,2,6,6-四甲基哌啶-N-
上，重点介绍了不同类型 C-ECH 在传感器、超级电 氧自由基（TEMPO）氧化纤维素纳米纤丝和聚丙烯
3+
容器和生物医疗材料等方面的应用，并分析了 酸（PAA）的—COOH 与带正电荷金属阳离子（Fe ）
C-ECH 应用前景、局限性和可能的研究潜力。 在离子作用下形成水凝胶，结果表明，形成的水凝
胶具有良好的导电性和自愈性。疏水作用是在纤维
1 纤维素基导电水凝胶交联机制 素上引入疏水基团，当达到一定浓度时发生聚集，
形成一种通过物理交联得到的三维网状结构。
单网络的纤维素水凝胶由于机械性能差、性能 1.2 化学交联
不可调控等问题限制了其在电子器件、生物医疗等 化学交联是纤维素及其衍生物通过共价键结合
方面的应用。因此，将纤维素水凝胶与导电物质相 的方式与导电物质形成的三维网状结构，具有凝胶
结合可以得到功能可调控的 C-ECH，在 C-ECH 中 快、力学性能好等优点 [19-20] 。常见的化学交联主要
纤维素水凝胶提供三维骨架，导电物质赋予水凝胶 有两种，一种是添加交联剂，在交联剂的作用下形
导电性，纤维素与导电物质之间的作用方式（主要 成三维网状结构。例如：WANG 等 [16] 将纤维素溶解
可分为物理交联和化学交联）是 C-ECH 功能可控的 在苄基三甲基氢氧化铵（BzMe 3 NOH）水溶液中，
关键。 通过环氧氯丙烷化学交联纤维素和聚乙烯醇（PVA）
1.1 物理交联 得到具有导电性、高拉伸性和良好透明性的水凝胶，
物理交联是纤维素及其衍生物以缠绕或非共价 该水凝胶具有作为传感器和摩擦电纳米发电机的潜
键方式（氢键、离子作用力等）与导电物质形成三 力。另一种是聚合物直接与纤维素上的活性基团反
维网状结构，是一种制备纤维素基导电水凝胶的简 应形成共价键。CHEN 等 [21] 采用接枝的方法成功将
便方法。在物理交联中氢键作用是制备水凝胶常见 丙烯腈（AN）和丙烯酰胺（AM）共聚物〔p(AN-c
的物理作用方式，主要是纤维素上的多羟基与导电 o-AM)〕接枝到羟丙基甲基纤维素（HPMC）链上，
物质之间形成氢键。当体系中形成较多氢键时，通 得到了导电性水凝胶（HPMC-g-AN/AM-ZnCl 2 ），
过氢键连接成网络结构和多维结构使 C-ECH 更加 如图 1b 所示。该水凝胶导电率可达到 1.54 S/m，在
稳定且具有不同的性能。例如：HASANIN 等 [17] 将 监测人类活动方面显示出高灵敏度和稳定性。
