一种抗冻导电水凝胶及其制备方法和力响应传感应用与流程

1.本发明涉及高分子材料化学领域，更具体的说是涉及一种抗冻导电水凝胶及其制备方法和力响应传感应用。


背景技术：

2.导电凝胶是一种具有导电能力的三维聚合物水凝胶，然而，大部分的水凝胶本身并不导电，需要将导电填料填充在水凝胶介质中才能实现其导电性能，且凝胶中含有大量的水，在低温下会结晶从而导致大多数的导电凝胶由于缺乏抗冻性能，在低于零度的条件下，这些导电凝胶会失去导电性或者拉伸性能，从而极大地限制了其在智能传感、智能驱动以及人体健康监测等领域的应用，并且大多数已报道的响应性智能水凝胶存在机械性能差的问题，这也会限制其应用范围。
3.中国专利cn107602763a公开提供了一种具有抗冻/抗热性能的导电自粘附水凝胶的制备方法，其采用甘油/水的混合溶剂代替传统水凝胶中单一溶剂体系，通过聚多巴胺修饰与甘油/水分之间的协同效应提高了导电纳米材料在水凝胶中的分散，增强水凝胶力学性能、导电性。同时，甘油与聚多巴胺协同赋予水凝胶良好的自粘附性。另外，甘油与水混合组成的溶剂体系中甘油与水之间强大氢键作用使水稳定地固定在聚合物网络中，可以在低温下破坏冰晶晶格的形成，在高温下防止水分的挥发，赋予了水凝胶长期稳定性、抗冻性和抗热性。然而，由于常规的有机抗冻溶剂的种类有限，此类凝胶的开发与应用受到了极大的限制。
4.因此，如何提供一种不含有机溶剂的抗冻导电水凝胶是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种抗冻导电水凝胶，该水凝胶克服了传统抗冻凝胶大都基于有机凝胶的限制，实现了水基凝胶具有优良抗冻特性的效果。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种抗冻导电水凝胶，包括以下质量百分比的组分：丁烯二醇10％
‑
30％、 n
‑
羟乙基丙烯酰胺50％
‑
70％、光引发剂1％
‑
3％、交联剂0.1％
‑
0.3％、氯化锂 1％
‑
7％、去离子水9.7％
‑
37.9％。
8.上述技术方案的有益效果：本发明以丁烯二醇和n
‑
羟乙基丙烯酰胺为单体，并选取了能易溶于醇体系的氯化锂金属盐，通过光引发的自由基聚合反应，制备出了具有抗冻导电性能的水凝胶。
9.其中，丁烯二醇作为水凝胶单体组分之一，不仅能作为单体参与聚合反应，而且还能通过多元醇结构与水形成氢键，抑制凝胶中冰晶的生成，从而赋予水凝胶一定的抗冻特性。n
‑
羟乙基丙烯酰胺通过光聚合形成pheaa单网络凝胶，具有良好的柔韧性。同时，氯化锂溶于水中不仅能大幅度提高水溶液的导电能力，而且还能大幅度的降低溶液的结晶温度。
n
‑
羟乙基丙烯酰胺与丁烯二醇通过氢键相互作用互相交联，提高了该抗冻导电水凝胶的力学性能。本发明通过以上三组分的配合，制备出了在极低的温度下仍具有拉伸性能的抗冻导电水凝胶。
10.该方法克服了传统抗冻凝胶大都基于有机凝胶的限制，实现了水基凝胶具有优良抗冻特性的效果。
11.优选的，上述抗冻导电水凝胶，包括以下质量百分比的组分：丁烯二醇 10％、n
‑
羟乙基丙烯酰胺50％、光引发剂1％、交联剂0.1％、氯化锂3％、去离子水35.9％。
12.优选的，所述光引发剂包括光引发剂2959(2
‑
羟基
‑
4'
‑
(2
‑
羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮)、光引发剂651(安息香二乙醚bdk)、光引发剂907(2
‑
甲基
‑1‑
(4
‑ꢀ
甲硫基苯基)
‑2‑
吗啉
‑1‑
丙酮)、tpo光引发剂(2，4，6
‑
三甲基苯甲酰基
‑
二苯基氧化膦)中的一种或多种，购自上海阿拉丁试剂有限公司。
13.上述技术方案的有益效果：借助光引发剂的自由基聚合反应，通过紫外光引发聚合形成水凝胶，本制备方法具有操作简单、方便的特点，可使聚合物前驱体水溶液原位交联，制备出可注射水凝胶。
14.优选的，所述交联剂选自n,n'
‑
亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯基苯、二甲基丙烯酸乙二醇酯中的任意一种或几种的组合。
15.一种抗冻导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
16.1)将氯化锂，n
‑
羟乙基丙烯酰胺，丁烯二醇，交联剂和光引发剂加入去离子水中，搅拌均匀，反应形成预聚液；
17.2)将预聚液注射进模具中，然后转移至紫外灯下聚合，形成凝胶。
18.上述技术方案的有益效果：通过本方法制备的水凝胶具有注射性，可以注射到不同的模具中，根据模具的形状调节所需样品，得到符合测试要求的水凝胶。
19.优选的，步骤1)中，所述反应温度为室温，所述搅拌时间为10min
‑
30min，搅拌速率为600
‑
1200rpm。
20.优选的，步骤2)中，所述玻璃模具的厚度范围为0.3mm
‑
1mm。
21.上述技术方案的有益效果：将模具为玻璃模具，厚度范围设置为 0.3mm
‑
1mm，既可以节约原材料，又能使制备的水凝胶厚度均匀，且机械性能优良。
22.优选的，步骤2)中，所述紫外灯的功率范围为6w
‑
20w。
23.上述技术方案的有益效果：既能满足聚合的需要，又能达到节约能源的技术效果。
24.优选的，步骤2)中，所述聚合的时间范围为1h
‑
2h。
25.上述技术方案的有益效果：据实验证明，在该时间区间内抗冻导电水凝胶的力学性能较好，当聚合时间为1h时，该抗冻导电水凝胶的力学性能最好。
26.优选的，所述模具与所述预聚液接触面之间设置有一层pet膜。
27.一种抗冻导电水凝胶在智能响应或柔性可穿戴器件领域中的应用。
28.上述技术方案的有益效果：该柔性传感器能对各种压力及拉力变化做出迅速响应，在智能防碰撞包装方面具有巨大的潜在应用价值。
29.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明在低温条件下，通过丁烯二醇、n
‑
羟乙基丙烯酰胺以及电解质氯化锂的多重氢键作用，抑制水凝胶内部自由水的冰晶形成过程，降低了凝胶的结晶温度，展现出了优良的抗冻能力。
30.另外，该凝胶不仅对应力
‑
应变具有灵敏的响应性，而且还具有极强的黏附性能。且在低温下，该凝胶不仅能保持其原有的导电性能，而且还具有优良的拉伸性。进一步，该柔性传感器能对各种压力及拉力变化做出迅速响应，在智能防碰撞包装方面具有巨大的潜在应用价值。
31.本发明提供的抗冻导电水凝胶为拓宽抗冻凝胶的应用范围提供了研究思路，其迅速发展将有助于发展水凝胶在应力响应、健康监测以及可穿戴设备方面的应用。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
33.图1为本发明抗冻导电水凝胶的制备示意图；
34.图2为实施例1和对比例2
‑
3制备的水凝胶的dsc曲线；
35.图3为实施例1制备的水凝胶在室温下的拉伸性能测试图；
36.图4为对比例2制备的水凝胶在室温下的拉伸性能测试图；
37.图5为对比例3制备的水凝胶在室温下的拉伸性能测试图；
38.图6为实施例1制备的水凝胶在不同温度下的拉伸性能测试图；
39.图7为实施例1制备的水凝胶在不同温度下的应力
‑
应变曲线；
40.图8为实施例1制备的水凝胶黏附不同基材照片；
41.图9为实施例1制备的水凝胶的黏附特性，其中，(a)为实施例1制备的水凝胶在不同拉伸速度下的黏附强度数据；b为实施例1制备的水凝胶的多次黏附特性；
42.图10为实施例1制备的水凝胶在比色皿中的透过率；
43.图11为实施例1制备的水凝胶的电阻变化率，其中，(a)为随压缩应变的响应；(b)为对施加在其上不同质量的砝码的响应；
44.图12为实施例1制备的水凝胶在不同温度下的导电性能；
45.图13为实施例1制备的水凝胶(a)自愈合后的水凝胶拉伸照片，(b) 自愈合后的水凝胶导电性；
46.图14为实施例1制备的水凝胶用于监测人体运动；
47.图15为实施例1和对比例2
‑
3制备的水凝胶在不同温度下的状态图。
具体实施方式
48.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
49.实施例1
50.本发明实施例1提供了一种抗冻导电水凝胶的制备方法，具体包括以下步骤：
51.首先，将反应物氯化锂(0.21g，3wt％)，n
‑
羟乙基丙烯酰胺(3.5g，50wt％)，丁烯二
醇(0.7g，10wt％)、光引发剂2959(70mg，1wt％)、交联剂n,n'
‑
亚甲基双丙烯酰胺(7mg，0.1wt％)加入至盛有去离子水(2.513g，35.9wt％)玻璃瓶中，搅拌均匀形成透明的预聚液，通过注射器将该预聚液注射进厚度为 1mm的玻璃模具中，然后转移至8w紫外灯下聚合1h，随着聚合反应的进行，透明状凝胶逐渐形成，其中，为方便从模具中移取所制备的凝胶，在玻璃与凝胶接触面盖上一层pet膜。
52.对实施例1制备的抗冻导电水凝胶的低温拉伸性能进行测试，从图2可以看出，本发明制备的抗冻导电水凝胶在室温时可以由11cm拉伸至27cm，在
‑
20℃时可以由11cm拉伸至29cm，在
‑
80℃时可以由11cm拉伸至21cm，因此本发明制备的抗冻导电水凝胶在低温下仍具有优良的拉伸性。
53.对实施例1制备的抗冻导电水凝胶不同温度导电情况进行测试，从图12 可以看出，该水凝胶不仅在室温下具有优良的导电能力(led灯泡发出明亮的光)，而且在低温下也能导电(led灯泡能被点亮)，其中，在室温下由于氯化锂溶于水后形成的水和离子具有很强的自由移动能力，因而具备较强的导电性，因此，该通路中的led灯泡发出明亮的光，但是随着温度的降低，分子布朗运动的能力下降，导致水合锂离子的运动能力也随之下降，从而水凝胶的导电能力降低，体系阻抗增加，因此随着温度的进一步降低，led散发出的灯光越来越暗。
54.将实施例1制备的抗冻导电水凝胶制成柔性可穿戴传感器，用于监测人体运动，从图4可以看出，该柔性传感器不仅具有极强的黏附性能，而且能对各种压力及拉力变化做出迅速响应，在智能防碰撞包装方面具有巨大的潜在应用价值。
55.实施例2
56.将丁烯二醇(bd0.7g，10wt％)、n
‑
羟乙基丙烯酰胺(heaa3.5g，50wt％)、交联剂二乙烯基苯(7mg，0.1wt％)、光引发剂907(70mg，1wt％)、氯化锂 (licl0.35g，5wt％)，加入盛有去离子水(2.37g，33.9wt％)的玻璃瓶中，搅拌均匀，然后超声除气30s之后，将所制备的预聚液通过注射器注射进模具中，置于6w紫外灯下光照1h，随着聚合反应的进行，透明状凝胶逐渐形成。其中，为方便从模具中移取所制备的凝胶，在玻璃与凝胶接触面盖上一层pet 膜。
57.实施例3
58.将丁烯二醇(bd0.84g，12wt％)、n
‑
羟乙基丙烯酰胺(heaa3.5g50wt％)、交联剂二甲基丙烯酸乙二醇酯(7mg0.1wt％)、光引发剂651(70mg，1wt％)、氯化锂(70mg，1wt％)，加入盛有去离子水(2.513g，35.9wt％)的玻璃瓶中licl，搅拌均匀，然后超声除气30s之后，将所制备的预聚液通过注射器注射进模具中，置于8w紫外灯下光照1.5h，随着聚合反应的进行，透明状凝胶逐渐形成。其中，为方便从模具中移取所制备的凝胶，在玻璃与凝胶接触面盖上一层pet膜。
59.实施例4
60.将丁烯二醇(bd1.05g，15wt％)、n
‑
羟乙基丙烯酰胺(heaa3.92g，56wt％)、交联剂n,n'
‑
亚甲基双丙烯酰胺(14mg，0.2wt％)、光引发剂2959(0.21g， 3wt％)、氯化锂(0.35g，5wt％)，加入盛有去离子水(1.456g，20.8wt％) 的玻璃瓶中，搅拌均匀，然后超声除气30s之后，将所制备的预聚液通过注射器注射进模具中，置于10w紫外灯下光照0.5h。其中，为方便从模具中移取所制备的凝胶，在玻璃与凝胶接触面盖上一层pet膜。
61.实施例5
62.将丁烯二醇(bd0.7g，10wt％)、n
‑
羟乙基丙烯酰胺(heaa4.9g，70wt％)、交联剂二乙烯基苯(21mg，0.3wt％)、tpo光引发剂(0.21g，3wt％)、氯化锂(0.07g，1wt％)，加入盛有去离子水(0.82g，11.7wt％)的玻璃瓶中，搅拌均匀，然后超声除气30s之后，将所制备的预聚液通过注射器注射进模具中，置于15w紫外灯下光照2h，随着聚合反应的进行，透明状凝胶逐渐形成。其中，为方便从模具中移取所制备的凝胶，在玻璃与凝胶接触面盖上一层pet 膜。
63.实施例6
64.将丁烯二醇(bd2.1g，30wt％)、n
‑
羟乙基丙烯酰胺(heaa3.5g，50wt％)、交联剂n,n'
‑
亚甲基双丙烯酰胺(21mg，0.3wt％)、光引发剂651(0.21g，3wt％)、氯化锂(0.49g，7wt％)，加入盛有去离子水(0.68g，9.7wt％)的玻璃瓶中，搅拌均匀，然后超声除气30s之后，将所制备的预聚液通过注射器注射进模具中，置于15w紫外灯下光照2h，随着聚合反应的进行，透明状凝胶逐渐形成。其中，为方便从模具中移取所制备的凝胶，在玻璃与凝胶接触面盖上一层pet 膜。
65.对比例1
66.将丁烯二醇(bd0.7g，10wt％)、n
‑
羟乙基丙烯酰胺(heaa3.5g，50wt％)、和光引发剂2959(70mg，1wt％)，氯化锂(0.35g，5wt％)，加入盛有去离子水(2.38g，34wt％)的玻璃瓶中，搅拌均匀，然后超声除气30s之后，将所制备的预聚液通过注射器注射进模具中，置于8w紫外灯下光照1.5h。其中，为方便从模具中移取所制备的凝胶，在玻璃与凝胶接触面盖上一层pet 膜。
67.结果表明采用对比例1的制备方法制备的产品无法成胶。
68.对比例2
69.将丁烯二醇(bd0.7g，10wt％)、n
‑
羟乙基丙烯酰胺(heaa3.5g，50wt％)、交联剂n,n'
‑
亚甲基双丙烯酰胺(7mg，0.1wt％)和光引发剂2959(70mg，1wt％)，加入盛有去离子水(2.72g，38.9wt％)的玻璃瓶中，搅拌均匀，然后超声除气30s之后，将所制备的预聚液通过注射器注射进模具中，置于8w 紫外灯下光照2h，随着聚合反应的进行，透明状凝胶逐渐形成。其中，为方便从模具中移取所制备的凝胶，在玻璃与凝胶接触面盖上一层pet膜。
70.结果表明采用对比例2的制备方法制备的产品无导电性能。
71.对比例3
72.将n
‑
羟乙基丙烯酰胺(3.5g，50wt％)、交联剂n,n'
‑
亚甲基双丙烯酰胺 (7mg，0.1wt％)和光引发剂2959(70mg，1wt％)、氯化锂(0.35g，5wt％)，加入盛有去离子水(3.08g，43.9wt％)的玻璃瓶中，搅拌均匀，然后超声除气30s之后，将所制备的预聚液通过注射器注射进模具中，置于8w紫外灯下光照2h，随着聚合反应的进行，透明状凝胶逐渐形成。其中，为方便从模具中移取所制备的凝胶，在玻璃与凝胶接触面盖上一层pet膜。
73.结果表明采用对比例3的制备方法制备的产品无抗冻性能。
74.对比例4
75.将n
‑
羟乙基丙烯酰胺(3.5g，50wt％)、加入盛有去离子水(3.5g，50wt％) 的玻璃瓶中，搅拌均匀，然后超声除气30s之后，将所制备的预聚液通过注射器注射进模具中，置于8w紫外灯下光照2h。其中，为方便从模具中移取所制备的凝胶，在玻璃与凝胶接触面盖上一
层pet膜。
76.结果表明采用对比例4的制备方法制备的产品无法成胶。
77.性能试验
78.一、对实施例1制备的水凝胶进行测试及表征
79.1玻璃化转变温度
80.采用差示扫描量热法(dsc)，在氮气气氛中，将10mg新制备的水凝胶样品置于测试仪器中，测量样品在
‑
150至25℃范围内的吸热
‑
放热曲线。首先将干燥的水凝胶样品以10℃/min的速度冷却至
‑
150℃，然后以10℃/min的升温速率再次测量
‑
150℃至25℃的吸热
‑
放热曲线，并从第二次加热循环中获得玻璃化转变温度(t
g
)。
81.2机械性能测试(mechanicaltest)
82.拉伸测试在netzschz100高低温电子万能材料试验机进行，剥离强度测试在shimadzuags
‑
x电子万能拉伸试验机上进行。
83.低温拉伸测试：水凝胶试样裁切成哑铃型，有效拉伸长度为25mm，宽度 4mm，厚度1mm，将水凝胶固定在拉伸机的夹头上，且夹头置于高低温箱内。高低温箱连接液氮罐，通过液氮冷却来控制低温测试温度。水凝胶样品夹好之后关闭高低温箱，降温至设定温度，保温20min，然后以100mm/min的拉伸速率拉伸水凝胶，直至水凝胶断裂。拉伸应变(ε)以通过以下公式计算:
84.ε＝l
t
/l085.其中l0为水凝胶原始长度(25mm)，l
t
为水凝胶拉伸后的长度。拉伸应力(σ)为单位面积上所受施加的拉力，计算公式为:
86.σ＝f/a087.其中f为拉力，a0为水凝胶试样截面积。
88.黏附强度测试：黏附强度测试采用lapsheartesting方法，测试所用水凝胶直接在未经修饰的、非孔的玻璃基底上直接制备。具体步骤如下：首先，将基底依次浸泡在乙醇、去离子水中超声洗涤三次，烘干待用；然后将水凝胶预聚液注射进以非孔玻璃为基底，尺寸为20
×
20
×
1mm的硅胶模具中，再盖上玻璃片，然后按照实施例1抗冻导电水凝胶的制备。测试时，用拉伸夹头夹住玻璃片两端，需夹稳且防止夹碎玻璃片，然后根据测试所需速度调整在不同拉伸速度下的黏附强度。黏附强度根据以下公式估算：
89.p＝f
max
/s
90.其中f
max
为剥离过程中所施加的最大力，s为水凝胶试样的面积。
91.3透过率测试(transmittancetest)
92.在比色皿中按实施例1抗冻导电水凝胶的制备方法制备测试所用水凝胶，制备时，将盛有水凝胶预聚液的比色皿置于水中，防止聚合反应导致的比色皿变形，然后在紫外
‑
可见分光光度计上测量该比色皿中凝胶的透过率。
93.4电化学性能测试(electrochemicaltest)
94.压缩测试电化学性能测试：
95.导电凝胶对不同质量的砝码的压缩响应：将氯化锂/聚(n
‑
羟乙基丙烯酰胺
‑
co
‑
丁烯二醇)导电水凝胶制成直径为1cm，高度为1cm的圆柱体，两截面分别通过铝片与电化学工作站连接。然后通过在水凝胶上施加不同质量的砝码压缩水凝胶，施加测试电压1v，记录电
流
‑
时间曲线，测试水凝胶随施加砝码质量的不同而产生的电化学信号变化，当未施加砝码时，电流信号为i0；当施加砝码后，电流信号变为i。施加前后电化学信号变化值(es)根据以下公式计算:
96.r＝u/i
97.es＝r/r0×
100％
98.其中r0为未施加砝码的电流信号，r为施加不同砝码的电流信号。
99.导电凝胶随压缩变形的响应的测试过程与导电凝胶对不同质量的砝码的压缩测试类似。其中，将电子万能拉伸试验机的压缩模具用绝缘胶带包裹，避免压缩水凝胶时，水凝胶上的铝片与模具连接造成短路。
100.水凝胶监测人体运动信号：将氯化锂/聚(n
‑
羟乙基丙烯酰胺
‑
co
‑
丁烯二醇) 导电水凝胶制成1mm厚，70mm长的水凝胶条待用。根据实际长度需求裁切后，贴附在人体关节处，如手指，手腕，手肘等，施加测试电压1v，记录电流
‑
时间曲线。其中，伸直关节时，记录此时电流信号为i0；然后弯曲关节，此时记录此时电流信号为i。弯曲前后电化学信号变化值(es)根据以下公式计算:
101.es＝(r
‑
r0)/r0×
100％
102.其中r0为未弯曲时的电阻信号，r为弯曲后的电阻信号，又：
103.δr＝r
‑
r0104.gf(gauge factor)值计算：gf值代表该凝胶对力响应的灵敏度，其根据阻抗变化率和压缩/拉伸应变的斜率计算。
105.二、结果
106.1玻璃化转变温度
107.如图2所示，从图中可知，实施例1水凝胶具有最低的玻璃化转变温度 (tg)，其玻璃化转变温度为
‑
85.6℃。对比例3和对比例2体系水凝胶玻璃化转变温度分别为
‑
51.8℃和
‑
64.9℃。上述数据进一步论证了bd和licl均具有优良的抗冻能力，且将这些抗冻组分与具有一定抗冻能力的pheaa/h2o水凝胶复合后，该水凝胶的抗冻性能能获得极大的提升。该方法克服了传统抗冻凝胶大都基于有机凝胶的限制，实现了水基凝胶具有优良抗冻特性的效果。
108.2机械性能测试(mechanicaltest)
109.水凝胶在室温下不同组份下的拉伸性能
110.图3为实施例1的拉伸曲线，从图中可知，该组分凝胶最大拉伸应力可达 300kpa，最大拉伸长度可达1000％；
111.图4为对比例2的拉伸曲线，从图中可知，该组分凝胶最大拉伸应力可达 110kpa，最大拉伸长度可达700％；
112.图5为对比例3的拉伸曲线，从图中可知，该组分凝胶最大拉伸应力可达 160kpa，最大拉伸长度可达1030％；
113.对比例1、对比例4无法成胶，故无拉伸曲线
114.3水凝胶在不同温度下的拉伸性能
115.如图6所示，当在室温或者
‑
20℃条件下，实施例1水凝胶具有较好的拉伸性能，且拉伸过程中水凝胶具有非常好的柔韧性，将水凝胶置于
‑
80℃条件下冷冻一晚后再拉伸，仍
具有一定的拉伸性能。
116.如图7所示，实施例1水凝胶显示出超强的拉伸性能，在室温下能拉伸至原始长度的～1000％，断裂应力可达0.3mpa。随着温度逐渐降低至
‑
10℃、
‑
20℃、以及
‑
30℃时，水凝胶的断裂应变无明显变化，但断裂应力逐渐增加。且随着温度降低至
‑
40℃时，断裂应力达到最大0.45mpa，此时断裂应变缩减至～400％。这是由于随着温度的降低，水凝胶逐渐开始由高弹态向玻璃态转变，此时水凝胶刚性增强，柔韧性降低。在拉伸测试时，表现为拉伸应力增大，拉伸应变缩小。
117.4抗冻导电水凝胶黏附性
118.如图8所示，在非孔的各类基底上实施例1水凝胶展现出极强的黏附性能。不仅能黏附不锈钢、陶瓷以及玻璃等无机物，而且还能黏附橡胶、塑料、泡沫以及纸板等有机物。而且除了能对亲水的物质表现出黏附性外，还能黏附在疏水的ptfe基底上，克服了大多数黏附剂在疏水材质上不黏附的问题。
119.进一步，我们还定量的测试了该凝胶在玻璃基底上的黏附强度。如图9a 所示，为实施例1水凝胶在不同拉伸速度下的黏附强度数据。从图中可知，随着拉伸速度从10mm/min增加到100mm/min，水凝胶的黏附强度逐渐由～60kpa增加到150kpa，黏附强度大概提升了2.5倍。黏附力显示出极大的速度依赖性，此黏附强度可以媲美甚至强于传统的基于多巴胺增强黏附性的水凝胶。
120.除此之外，实施例1水凝胶还具有优良的可逆黏附特性。如图9b所示，我们测试了该凝胶5次可逆黏附强度，相邻两次测试过程中静置2min。结果显示，当进行第二次黏附测试时，水凝胶黏附强度由～160kpa迅速下降至～50kpa。这是由于：a、合成初期，液态的水凝胶预聚液可以填充在玻璃基底上的微孔内从而消除玻璃基底上一些肉眼不可见的气泡，当经过长时间的光聚合反应，微孔内的凝胶碎片与块状水凝胶形成一个整体，从而增加水凝胶的黏附能力；b、由于在光聚合反应过程中的时间远远大于第一次剥离完成后至第二次黏附时的时间，且动态可逆的氢键再次恢复需要一定的时间，因此，新制备的水凝胶在凝胶于基底之间形成的可逆氢键远远多于第二次重复黏附时的氢键数目，所以初始凝胶的黏附强度高于循环黏附时的黏附强度；c、当第一剥离完成时，部分水凝胶碎片微粒会残留在水凝胶表面，当再次黏附时，这些凝胶碎片会与大块凝胶接触时形成气泡，从而降低再次黏附时的黏附能力。综上原因，第二次黏附强度会远远小于第一次黏附强度。当继续进行多次重复的剥离
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黏附测试时，黏附强度基本上稳定在～30kpa左右。这是由于部分动态可逆的弱相互作用能立刻恢复，因此，在有限的恢复时间内，水凝胶展现出相对较弱且比较稳定的黏附强度。
121.5抗冻导电水凝胶的通透性
122.如图10所示，该水凝胶在400
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700nm波长范围内，其透过率高达80～90％，此数值已与一些常见的透明薄膜的透过率接近，由此还可以推测，如若将该凝胶制备成薄膜，该凝胶的透过率还能进一步获得提升。除此之外，随着辐射波长的增加，该水凝胶的透过率还在进一步增加。且通过含有水凝胶的比色皿观察打印在纸张上的汉字，可以清晰的观察到“湖南工业大学”字样，且与旁边的空白对比，该字样无明显的模糊状，显示出极高的通透性。
123.6抗冻导电水凝胶对压力及拉力响应性
124.如图11a为实施例1水凝胶随压缩形变而产生的阻抗变化。从图11a可知，水凝胶在
～50％的形变范围内，其阻抗的变化率随水凝胶的压缩形变呈现非常高的线性关系(r2＝0.999)。随着水凝胶不断被压缩，单位面积内水凝胶的水合锂离子的数量增加，导电能力增强，电阻下降。拟合后r/r0与压缩应变的线性关系斜率为
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0.65，对于水凝胶的灵敏度，我们对此取斜率的绝对值为0.65。进一步，我们测试了水凝胶对重物的压力响应特性，如图11b，随着施加在水凝胶上的砝码质量由0增加到100g，水凝胶电阻的变化率由1减少到～4％，显示出优良的压力响应特性。
125.7抗冻导电水凝胶在不同温度下的导电性
126.将水凝胶、电池、电线以及led灯泡组成一个回路，并测试了该回路在室温、
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20℃和
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80℃条件下的导电性能。结果如图12所示，结果显示该水凝胶不仅在室温下具有优良的导电能力(led灯泡发出明亮的光)，而且在低温下也能导电(led灯泡能被点亮)。其中，在室温下由于氯化锂溶于水后形成的水和离子具有很强的自由移动能力形成较强的导电性，因此，该通路中的led灯泡显示出明亮的发光。而随着温度的降低，分子布朗运动能力下降，导致水合锂离子的运动能力下降，从而降低了水凝胶的导电能力，体系阻抗增加。因此随着温度的降低，led散发出灯光越来越暗。
127.8抗冻导电水凝胶自愈合性
128.如图13所示，水凝胶具有优良的自愈合性能。如图13a，首先将两段分开的水凝胶粘合24h后再拉伸，水凝胶能轻松的拉伸至原来的4倍左右，这说明切开后的水凝胶已部分愈合。而如图13b所示，通过电线我们将电池、led 灯泡以及实施例1水凝胶组合成一个回路，当实施例1水凝胶被切开时，该回路呈现断路状态，led灯泡不亮。当将切开的实施例1水凝胶紧密贴合在一起时，该led灯泡可以被点亮，说明此时该回路通过凝胶的接触愈合已呈现通路状态。
129.9抗冻导电水凝胶用于监测人体运动性能
130.如图14所示，我们直接将制备的水凝胶薄膜黏附于人体各关节处，通过电化学工作站记录电流信号随人体关节弯曲
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伸直的变化，监测到了人体运动信号。结果显示，当导电凝胶监测手指弯曲信号时，随着手指伸直
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弯曲的重复变化，水凝胶变化的电阻率在0～60％内重复变化。而当手腕、手肘以及膝盖伸直
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弯曲时，水凝胶变化的电阻率分别为30％，100％以及50％。由于手指与手肘相对手腕与膝盖具有更大的变形性，因此，随着弯曲形变的变化，水凝胶阻抗的变化更明显。
131.10水凝胶抗冻性能
132.如图15所示，实施例1、对比例1
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2三种水凝胶预聚液在混合均匀后，均呈现透明状。之后，将该预聚液置于紫外光下光聚合，则能形成透明凝胶，且在
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20℃冰箱冷冻一晚后，仍能呈现极高的通透性。这说明在
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20℃条件下，三种水凝胶未发生结晶凝固。当将三种水凝胶进一步置于
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80℃条件下冷冻一晚，此时发现，实施例1水凝胶仍呈现透明状，这意味着此水凝胶未发生结晶，而对比例3、对比例2体系的水凝胶则呈现乳白状，这意味着此两种水凝胶均发生了结晶。
133.本发明通过采用氯化锂、丁烯二醇以及n
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羟乙基丙烯酰胺水溶液，然后根据一定的比例，通过光聚合方法制备了具有抗冻导电特性的水凝胶。并且通过比较实施例与对比例制备的水凝胶的抗冻能力，发现本发明制备的水凝胶的抗冻能力最强，并用差示扫描量热法测定了该凝胶的玻璃化转变温度，结果显示该凝胶tg可达到
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85.8℃。其次，该凝胶不
仅在低温下具有优良的拉伸特性，而且还具有极高的导电性及黏附特性。通过剥离测试结果表明，剥离速度越快，水凝胶的黏附能力越强，且该凝胶还具有多次反复的黏附特性。将该凝胶制备成柔性传感器后，根据水凝胶电阻率随压缩和拉伸形变的变化，实验了水凝胶在不同压缩变形和拉伸变形条件下的电阻率变化，结果显示该凝胶在一定的变形范围内，其电阻率的变化随变形程度呈现线性关系。最后，基于该凝胶对压缩或拉伸变形的响应性，该凝胶具有用于压力传感响应及人体运动检测的巨大潜能。
134.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
135.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。