阳离子纤维素
面膜里的羧甲基纤维素钠是纤维素的羧甲基团取代产物。根据其分子量或取代程度，可以是完全溶解的或不可溶的多聚体，后者可作为弱酸型阳离子交换剂，用以分离中性或碱性蛋白质等。
羧甲基纤维素可形成高粘度的胶体、溶液、有粘着、增稠、流动、乳化分散、赋形、保水、保护胶体、薄膜成型、耐酸、耐盐、悬浊等特性，且生理无害，因此在食品、医药、日化、石油、造纸、纺织、建筑等领域生产中得到广泛应用。
阳离子壳聚糖
离子导电凝胶
Stimuli-reseponsive segmented copolymer
离子导电凝胶是一种具有离子导电性的固态混合物，通常是由高分子有机聚合物和可电解为离子的盐类电解质材料混合而成，离子凝胶的聚合物分子链互相连接或是缠绕，形成空间网状结构，结构间隙中充满了作为分散介质的阴阳离子，与传统凝胶的结构相似，故而称其为离子凝胶。组成离子凝胶的高分子多为胶状嵌段共聚物，共聚物会形成交联的网状结构，为离子凝胶提供了较高的拉伸强度，同时网状结构也为离子的运动提供了通道。
离子导电凝胶具有高导电性、生物相容性、自愈合、良好的机械性能以及对可见光透明度高等特点，力学性能对离子导电凝胶的应用影响较大，通过添加纳米填料、无机盐和有机盐、聚电解质可以提升离子导电凝胶的力学性能。
01
各类离子导电凝胶的制备
1).纳米复合离子导电凝胶的制备及应用
纳米复合离子导电凝胶是将纳米填料（包括氧化石墨烯（GO）、纳米黏土、聚合物纳米填料等材料）本身的特性与离子导电凝胶的软湿性能相结合，从而改善离子导电凝胶的力学性能。
GO是一种具有特殊二维片层网格状结构的新型材料，具有导电性好、强度高等优异的物理化学性能，因此可将其添加到离子导电凝胶中改善凝胶的力学性能。以聚丙烯酸（PAA）和GO为原料，采用一步原位聚合法可制备可用于传感器的纳米复合离子导电 凝胶 PAA-GO，具有优异的力学性能、高拉伸性（应变高达 1185.53%）和高拉伸强度(391.21 kPa)。将GO、聚乙烯醇(PVA)、阳离子壳聚糖在水和甘油中共混，可制备一种双物理交联的纳米复合离子导电凝胶。PVA与甘油形成氢键，阳离子壳聚糖与GO通过静电作用交联，最终形成具有互穿网络结构的纳米复合离子导电凝胶。
氧化石墨烯（GO）结构图
纳米黏土具有比表面积较大、价格低廉等优点，主要以片层形式存在。剥落的Laponite纳米片由于“卡片屋”结构可以为功能聚合物网络的嵌入提供空间，因此纳米黏土可以作为物理交联点来调节离子导电凝胶的力学性能。使用剥落的Laponite XLG®纳米片与两性离子[2-（甲基丙烯酰氧基）乙基]二甲基-（3-磺丙基）氢氧化铵和甲基丙烯酸 2-羟乙基酯复合，制备了纳米复合离子导电凝胶。该凝胶具有优异的机械性能和力学性能（断裂伸长率高达 2000%，拉伸韧性为 2.45 MJ/m3）、柔顺的附着力及出色的粘附性能，可用于离子皮肤以及应力传感器。
纳米黏土
通过添加纳米填料改善了离子导电凝胶的力学性能，但是纳米填料与亲水凝胶的不相容性仍未解决，GO 复杂的氧化工艺以及聚合物纳米填料制备过程和形态难以控制的问题,导致纳米复合离子导电凝胶难以实现大规模应用。
2).盐离子导电凝胶的制备及应用
盐离子导电凝胶通常采用无机盐（NaCl、硫酸铵等）、有机盐（盐酸羟胺、离子液体[等）材料来制备。盐可以电离出阳离子和阴离子，另外这些材料成本低、简单易得并且在一定程度上可以提高离子导电凝胶的力学性能。
无机盐在液体中常解离成阳离子和阴离子，可以采用无机盐浸泡方法制备高强度、高导电性的盐离子导电凝胶。通过将生物相容性羟丙基纤维素（HPC）嵌入物理交联的 PVA 水凝胶中，通过 NaCl 溶液浸泡制备出导电性和机械性能优异的 HPC/PVA 离子导电凝胶 ，HPC/PVA 离子导电凝胶与天然橡胶非常类似，可以很容易地调控机械性能和导电性。通过 NaCl 浸泡提高了 HPC/PVA 离子导电凝胶的机械性能（拉伸应力达到 1.3 MPa），HPC 增强了离子导电性能，导电率达到3.4S/ m。HPC/PVA 离子导电凝胶可以作为 3D 打印的机器人的人工神经，稳定地传递交流电和直流电信号。将物理交联的 PVA 用 NaCl 溶液浸泡开发了一种高强度、高灵敏度，可用于传感器的离子导电凝胶PVA-N。PVA-N优异的力学性能（拉伸强度 8.03MPa、拉伸韧性 28.7MJ/m3）归因于丰富的分子间氢键和 PVA 分子链的结晶，以及盐析效应形成的链缠结网络。在 PVA-N中可观察到均匀多孔网络，这是离子传输的途径，多孔网络使得PVA-N 具有更优异的离子导电性（导电率为 7.14S/m）和较高的灵敏度。此外，制备的PVA溶胶仅需在冰浴条件下注入柔性基底即可转变为凝胶，PVA-N 表现出良好的生物相容性和促进细胞增殖的作用。
Fe3+、CNC在PVA和PVP溶液中经聚合和离子相互作用原理，可制备一种基于纤维素纳米晶体(CNC)—Fe3+和聚乙烯醇(PVA)/聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的自愈合可拉伸导电水凝胶，其最大拉伸应变可达1160%，且具有优异的自愈合功能。
制备盐离子导电凝胶时，无机盐浸泡过程中盐离子的缓慢渗透影响了盐离子导电凝胶的广泛应用；离子液体的毒性和高制造成本使其应用受到限制，因此开发价格低廉、无毒、可广泛应用的盐离子导电凝胶是未来的研究方向。
3).聚电解质离子导电凝胶
聚电解质离子导电凝胶是一种具有带电基团或可电离部分的聚合物凝胶网络。离子的导电性或迁移性是聚电解质离子导电凝胶的一个重要特征，其中离子携带电流，因此聚电解质离子导电凝胶可用于开发柔性和可拉伸电子设备。聚电解质离子导电凝胶可以使用天然聚电解质和合成聚电解质制备。天然聚电解质包括壳聚糖、卡拉胶、明胶等，具有良好的生物相容性，可用于改善凝胶力学性能。
将壳聚糖与 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵在碱/尿素水溶液中反应，合成了季铵化壳聚糖（QCh），然后通过丙烯酸单体在浓缩 QCh 溶液中的原位聚合制备了聚电解质复合物(PEC)导电凝胶。
合成聚电解质包括 PAA、聚烯丙胺、聚丙烯酰胺（PAM）等，与天然聚电解质相比，合成聚电解质具有可调的物理化学性质，可用于调节离子导电凝胶的力学性能。使用 PAM、PVA、甲基丙烯酸磺基甜菜碱共聚物制备出一种双网络聚电解质离子导电凝胶。双网络中的可逆氢键、晶畴和静电相互作用，在凝胶变形时消耗能量并使材料增韧，因此凝胶具有良好的力学性能，断裂应变可达 970%，断裂韧性为 693kJ/m3。由于良好的拉伸性以及自恢复能力，该凝胶在可拉伸设备中具有潜在的应用价值。
天然聚电解质与合成聚电解质结合在一起形成双网络凝胶，可以进一步提高离子导电凝胶的力学性能。一种完全物理交联的聚（N-羟甲基丙烯酰胺）（PHA）/琼脂/乙二醇（PHA/琼脂/EG）双网络离子导电水凝胶,琼脂可以通过可逆的溶胶-凝胶转变成物理网络，并分别通过氢键和盐析效应与物理交联的 PHA 和 NaCl 相互作用，提高凝胶的力学性能。低温条件下，双网络 PHA/琼脂/EG 离子导电凝胶的拉伸强度可达 1.81 MPa，拉伸韧性为 25.43 MJ/m3，具有快速恢复和优异的抗疲劳性能。
将SiO2和ZSM-5颗粒作为无机填料纳入基于聚偏氟乙烯-共六氟丙烯（PVDF-HFP）的GPE（记为SZ-GPE）中
02
环境敏感性嵌段共聚物材料的应用及展望
通过添加纳米填料、无机盐和有机盐、聚电解质对离子导电凝胶进行改性，制备了纳米复合离子导电凝胶、盐离子导电凝胶以及聚电解质离子导电凝胶，这 3 种离子导电凝胶都具有粘附性、高力学性能、导电性和透明性等特点。与其他 2 种离子导电凝胶相比，纳米复合离子导电凝胶具有更好的电导率、相对较高的灵敏度以及优良的力学性能，但是纳米填料和水凝胶网络之间具有不相容性且难以解决；盐离子导电凝胶具有良好的导电性和抗冷冻性，但是盐离子的缓慢渗透影响了凝胶的应用；聚电解质由于良好的生物相容性及环境友好性使用最为广泛，但有关其在人体内的应用研究较少，可作为未来的研究方向。
离子导电凝胶是一种发展迅速的新型功能材料，对于温度、湿度、压力比较敏感，因此在人体体温监测、电子皮肤等方面具有广阔的应用前景。离子导电凝胶的电化学反应发生在凝胶和金属电极之间的界面，导致凝胶中的电流随着时间的推移而不断变化；此外，离子电导率容易受温度和湿度的影响，因此实际应用时，不但要考虑灵敏度、灵敏度与其他特性之间的平衡、工作范围、使用寿命等，还需要考虑在恶劣环境中凝胶能否正常工作。因此，开发性能优良、应用范围广、能够长期稳定使用的离子导电凝胶是未来的发展方向。
参考文献
[1]王平,张曙林,牛家嵘等.高强度离子导电凝胶研究进展[J].化工新型材料,
[2]谢蒙蒙,刘健,党蕊等.离子导电水凝胶的制备及在柔性电子领域的应用[J].化工进展,
来源：高分子物理学
注：本站转载的文章大部分收集于互联网，文章版权归原作者及原出处所有。文中观点仅供分享交流，如涉及版权等问题，请您告知，我将及时处理！
本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表好墅智家立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.cnhaoshu.com/jiancai/10891.html
如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系好墅智家进行投诉反馈，一经查实，立即删除！
