一種電刺激熒光響應(yīng)水凝膠的制作方法
【專利說(shuō)明】
一、技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種電刺激熒光響應(yīng)水凝膠，屬于智能水凝膠技術(shù)領(lǐng)域。
二、【背景技術(shù)】
[0002]1978年麻省理工大學(xué)的Tanaka教授發(fā)現(xiàn)了透明的聚丙烯酰胺凝膠在冷卻過(guò)程中會(huì)隨著溫度降低而逐漸變得模糊;溫度升高之后，凝膠又逐漸恢復(fù)透明狀態(tài)。這種凝膠隨溫度變化而變化，使人們認(rèn)識(shí)智能水凝膠的存在，從而提出了智能水凝膠的概念。在隨后的幾十年里，科研學(xué)者們圍繞智能凝膠開展了大量研究。
[0003]智能水凝膠是指在外界環(huán)境發(fā)生變化時(shí)(如溫度、pH值、電場(chǎng)、溶劑性質(zhì)、光強(qiáng)度和光波長(zhǎng)、壓力和離子強(qiáng)度等)，凝膠的性質(zhì)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。與其他類型的智能水凝膠相比，電刺激響應(yīng)性水凝膠突出的優(yōu)點(diǎn)是電場(chǎng)容易施加且易于調(diào)控。當(dāng)前的研究中，電刺激響應(yīng)水凝膠的響應(yīng)性主要指凝膠的溶脹行為和彎曲行為，即凝膠在電場(chǎng)的作用下，可以將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。例如趙曉鵬等提出了一種電響應(yīng)性的明膠水凝膠，他們發(fā)現(xiàn)這種水凝膠的運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)電場(chǎng)調(diào)控(功能高分子學(xué)報(bào)，2001，14，0465)。劉根起等提出將β-環(huán)糊精用環(huán)氧氯丙烷交聯(lián)得到水凝膠，然后用濃硫酸改性，得到了具有電響應(yīng)性的環(huán)糊精水凝膠。在直流電場(chǎng)作用下，該凝膠向電場(chǎng)負(fù)極彎曲，彎曲速度與應(yīng)變隨外加電壓的增大而增大(高分子材料科學(xué)與工程，2012，28，0063)。上述報(bào)道的電響應(yīng)凝膠的響應(yīng)性主要是機(jī)械響應(yīng)。除了響應(yīng)性為機(jī)械響應(yīng)的電響應(yīng)水凝膠之外，還有電致變色材料。例如，專利CN102690646B中公開了一種電致變色材料，即將陰極電致變色材料與陽(yáng)極電致變色材料之間進(jìn)行化合反應(yīng)，然后在電解液溶液里形成凝膠狀的電致變色材料。該材料在外加電場(chǎng)的作用，光學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生明顯的變化。Masayoshi Watanabe等提出了一種電致變色的電解質(zhì)凝膠，該電解質(zhì)凝膠在外加電場(chǎng)的作用下，在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，凝膠的顏色會(huì)發(fā)生變化，隨著外加電壓的變化，電解質(zhì)凝膠的顏色也會(huì)發(fā)生變化。(Journal of Materials Chemistry,2009，19，4778)。但是，目前還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有關(guān)以超支化聚酰胺胺為基礎(chǔ)化合物的電刺激熒光響應(yīng)水凝膠的相關(guān)報(bào)道。
三、
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種電刺激熒光響應(yīng)水凝膠，是以超支化聚酰胺胺為基體材料的電刺激熒光響應(yīng)水凝膠，隨著電場(chǎng)作用時(shí)間延長(zhǎng)，其熒光強(qiáng)度逐漸下降，從而表現(xiàn)出凝膠的熒光強(qiáng)度對(duì)電場(chǎng)具有響應(yīng)性。本發(fā)明電刺激熒光響應(yīng)水凝膠的熒光電響應(yīng)性具有可逆性，電場(chǎng)撤去，熒光強(qiáng)度回復(fù)。
[0005]本發(fā)明電刺激熒光響應(yīng)水凝膠，是將金屬離子鹽分散于超支化聚酰胺胺水溶液中，加熱后得到的電刺激熒光響應(yīng)水凝膠。
[0006]所述金屬離子鹽與超支化聚酰胺胺的質(zhì)量比為1:1?1: 5。
[0007]所述金屬離子鹽選自硝酸銀、氯化鈣、六水合氯化鎂、三氯化鋁、硝酸錫、硝酸鉛中的一種或幾種。
[0008]所述超支化聚酰胺胺水溶液中超支化聚酰胺胺與水的質(zhì)量比為1:0.5-1:5。
[0009]所述加熱的溫度為50-100°C，加熱時(shí)間為l_60min。
[0010]所述超支化聚酰胺胺是由亞甲基雙丙烯酰胺與1-(2-氨乙基)哌嗪按摩爾比1:1的比例經(jīng)邁克爾加成聚合反應(yīng)得到，或者由胱胺雙丙烯酰胺與1-(2-氨乙基)哌嗪按摩爾比1:1的比例經(jīng)邁克爾加成聚合反應(yīng)得到，或者由丙烯酸甲酯與乙二胺按摩爾比1:1的比例經(jīng)邁克爾加成聚合反應(yīng)得到。
[0011]上述邁克爾加成聚合反應(yīng)的溶劑為甲醇和水構(gòu)成的混合溶劑，混合溶劑中甲醇和水的體積比為7:3;邁克爾加成聚合反應(yīng)的反應(yīng)溫度為25-50°C，反應(yīng)時(shí)間為2-5天。
[0012]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0013]1、本發(fā)明電刺激熒光響應(yīng)水凝膠的熒光強(qiáng)度具有電刺激響應(yīng)性，隨著電場(chǎng)作用時(shí)間延長(zhǎng)，熒光強(qiáng)度下降。其中，聚合物的品種對(duì)于熒光強(qiáng)度下降幅度的影響有限;三價(jià)或二價(jià)金屬離子與聚合物形成的凝膠的熒光強(qiáng)度下降幅度相對(duì)較大，而較一價(jià)金屬離子/聚合物凝膠的熒光強(qiáng)度下降幅度相對(duì)較小;制備凝膠過(guò)程中，如果加熱溫度高，則熒光強(qiáng)度下降幅度高;如果加熱溫度低，則熒光強(qiáng)度下降幅度也相對(duì)較低。
[0014]2、本發(fā)明電刺激熒光響應(yīng)水凝膠的熒光電響應(yīng)性具有可逆性，撤去電場(chǎng)，熒光強(qiáng)度回復(fù)。
[0015]3、本發(fā)明電刺激熒光響應(yīng)水凝膠的制備工藝十分簡(jiǎn)單，只需將金屬離子分散在超支化聚酰胺胺水溶液中，加熱后即可成膠。
四、【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為電刺激熒光響應(yīng)水凝膠的熒光光學(xué)照片。其中a為超支化聚酰胺胺溶液;b為電刺激響應(yīng)凝膠。如圖可見(jiàn)，該水凝膠在紫外燈(365nm)的照射下，能夠發(fā)射明亮的熒光。
[0017]圖2為電場(chǎng)作用下以及去除電場(chǎng)后，電刺激熒光響應(yīng)水凝膠的熒光光譜圖。其中a通電過(guò)程中凝膠熒光強(qiáng)度下降;b斷電過(guò)程中凝膠熒光強(qiáng)度回復(fù)。
[0018]圖3為電場(chǎng)作用下以及去除電場(chǎng)后，電刺激熒光響應(yīng)水凝膠熒光強(qiáng)度變化曲線。其中a為通電過(guò)程中凝膠熒光強(qiáng)度下降曲線;b為斷電過(guò)程中凝膠熒光強(qiáng)度回復(fù)曲線。
五、【具體實(shí)施方式】
[0019]以下實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明，但應(yīng)該理解，這只是對(duì)本發(fā)明的示例性例舉，而非用來(lái)限制本發(fā)明，更非意圖限制本發(fā)明如權(quán)利要求所述的保護(hù)范圍。
[0020]實(shí)施例1:
[0021 ] 1、稱取0.5g超支化聚酰胺胺，加入1mL的樣品瓶中，而后加入ImL去離子水，振蕩溶解，得到超支化聚酰胺胺水溶液。
[0022]其中超支化聚酰胺胺制備過(guò)程如下:
[0023]將13g胱胺二丙烯酰胺單體和6.46g 1_(2_氨乙基)哌嗪?jiǎn)误w加入120mL甲醇和水的混合溶劑(甲醇和水的體積比7:3)中，進(jìn)行邁克爾加成聚合反應(yīng)，聚合反應(yīng)是在50°C恒溫條件下回流反應(yīng)五天，得到超支化聚酰胺胺聚合物溶液，將超支化聚酰胺胺聚合物溶液在冷丙酮中沉淀兩次，然后在-0.1MPa真空度下室溫干燥12h，即得到超支化聚酰胺胺。
[0024]2、稱取0.17g的硝酸銀，加入步驟I配制的超支化聚酰胺胺水溶液樣品瓶中，繼續(xù)振蕩溶解，直到固體完全溶解。
[0025]3、將步驟2的樣品瓶放入60°C的恒溫水浴中加熱20分鐘，取出，冷卻到室溫，即可得到所需要的銀離子凝膠。將凝膠進(jìn)行切片，進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試。
[0026]進(jìn)行電刺激熒光響應(yīng)水凝膠通斷電熒光響應(yīng)性實(shí)驗(yàn)。將銀離子水凝膠連續(xù)通電5分鐘，每隔一分鐘測(cè)一次熒光光譜;然后斷電5分鐘，同樣每隔一分鐘測(cè)一次熒光光譜。
[0027]實(shí)施例2:
[0028]本實(shí)施例的制備過(guò)程參見(jiàn)實(shí)施例1，不同的是將0.17g硝酸銀替換成0.33g硝酸鉛，其他條件不變。制備的凝膠進(jìn)行切片，然后進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試，測(cè)試條件與實(shí)施例1完全相同。
[0029]實(shí)施例3:
[0030]本實(shí)施例的制備過(guò)程參見(jiàn)實(shí)施例1，不同的是將0.17g硝酸銀替換成0.13g氯化鋁，其他條件不變。制備的凝膠進(jìn)行切片，然后進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試，測(cè)試條件與實(shí)施例1完全相同。
[0031]實(shí)施例4:
[0032]1、稱取0.5g超支化聚酰胺胺，加入1mL的樣品瓶中，而后加入ImL去離子水，振蕩溶解，得到超支化聚酰胺胺水溶液。
[0033]其中超支化聚酰胺胺制備過(guò)程如下:
[0034]將10.2g亞甲基雙丙烯酰胺單體和8.5g 1_(2_氨乙基)哌嗪?jiǎn)误w加入120mL甲醇和水的混合溶劑(甲醇和水的體積比7:3)中，進(jìn)行邁克爾加成聚合反應(yīng)，聚合反應(yīng)是在50°C恒溫條件下回流反應(yīng)五天，得到超支化聚酰胺胺聚合物溶液，將超支化聚酰胺胺聚合物溶液在冷丙酮中沉淀兩次，然后在-0.1MPa真空度下室溫干燥12h，即得到超支化聚酰胺胺。
[0035]2、稱取0.17g的硝酸銀，加入步驟I配制的超支化聚酰胺胺水溶液樣品瓶中，繼續(xù)振蕩溶解，直到固體完全溶解。
[0036]3、將步驟2的樣品瓶放入60°C的恒溫水浴中加熱20分鐘，取出，冷卻到室溫，即可得到所需要的銀離子凝膠。將凝膠進(jìn)行切片，進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試。
[0037]進(jìn)行電刺激熒光響應(yīng)水凝膠通斷電熒光響應(yīng)性實(shí)驗(yàn)。將銀離子水凝膠連續(xù)通電5分鐘，每隔一分鐘測(cè)一次熒光光譜;然后斷電5分鐘，同樣每隔一分鐘測(cè)一次熒光光譜。
[0038]實(shí)施例5:
[0039]本實(shí)施例的制備過(guò)程參見(jiàn)實(shí)施例3，不同的是將制備凝膠的水浴加熱溫度改為95°C，其他條件不變，得到凝膠后，進(jìn)行相應(yīng)測(cè)試。
[0040]圖1是電刺激響應(yīng)水凝膠在紫外光照射下的光學(xué)圖片；圖2是電刺激響應(yīng)水凝膠在通斷電過(guò)程中的熒光光譜圖。從圖中可以看出，隨著通電時(shí)間的延長(zhǎng)，凝膠的熒光強(qiáng)度會(huì)逐漸的降低，斷電之后，凝膠的熒光強(qiáng)度又逐漸恢復(fù)。圖3是電刺激響應(yīng)水凝膠在通斷電過(guò)程中熒光強(qiáng)度變化曲線。從圖中可以更為直觀的發(fā)現(xiàn)電刺激水凝膠通斷電過(guò)程中熒光強(qiáng)度變化趨勢(shì)。可見(jiàn)，該種電刺激響應(yīng)水凝膠具有快速的熒光通斷電響應(yīng)性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電刺激熒光響應(yīng)水凝膠，其特征在于:是將金屬離子鹽分散于超支化聚酰胺胺水溶液中，加熱后得到的電刺激熒光響應(yīng)水凝膠。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電刺激熒光響應(yīng)水凝膠，其特征在于: 所述金屬離子鹽與超支化聚酰胺胺的質(zhì)量比為1:1?1:5。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電刺激熒光響應(yīng)水凝膠，其特征在于: 所述金屬離子鹽選自硝酸銀、氯化鈣、六水合氯化鎂、三氯化鋁、硝酸錫、硝酸鉛中的一種或幾種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電刺激熒光響應(yīng)水凝膠，其特征在于: 所述超支化聚酰胺胺水溶液中超支化聚酰胺胺與水的質(zhì)量比為1:0.5-1:5。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電刺激熒光響應(yīng)水凝膠，其特征在于: 所述加熱的溫度為50-100°C，加熱時(shí)間為l_60min。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電刺激熒光響應(yīng)水凝膠，其特征在于: 所述超支化聚酰胺胺是由亞甲基雙丙烯酰胺與1-(2-氨乙基)哌嗪按摩爾比1:1的比例經(jīng)邁克爾加成聚合反應(yīng)得到，或者由胱胺雙丙烯酰胺與1-(2-氨乙基)哌嗪按摩爾比1:1的比例經(jīng)邁克爾加成聚合反應(yīng)得到，或者由丙烯酸甲酯與乙二胺按摩爾比1:1的比例經(jīng)邁克爾加成聚合反應(yīng)得到。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電刺激熒光響應(yīng)水凝膠，是將金屬離子鹽分散于超支化聚酰胺胺水溶液中，加熱后得到的電刺激熒光響應(yīng)水凝膠。所述金屬離子鹽與超支化聚酰胺胺的質(zhì)量比為1:1～1:5。所述金屬離子鹽選自硝酸銀、氯化鈣、六水合氯化鎂、三氯化鋁、硝酸錫、硝酸鉛中的一種或幾種。該凝膠對(duì)電場(chǎng)刺激非常敏感：隨著電場(chǎng)作用時(shí)間增加，熒光強(qiáng)度會(huì)逐漸下降。而且，這種凝膠的熒光電響應(yīng)性具有可逆性：電場(chǎng)撤去之后，凝膠的熒光強(qiáng)度又會(huì)逐漸恢復(fù)。本發(fā)明的電響應(yīng)熒光水凝膠可用于智能柔性熒光傳感器、高性能顯示器件等領(lǐng)域。
【IPC分類】C08G83/00, C08J3/075, C08L87/00
【公開號(hào)】CN105601955
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610080538
【發(fā)明人】楊文 , 劉方冰, 宋健, 郝文濤
【申請(qǐng)人】合肥工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2016年2月3日