导电水凝胶的构筑设计及应用

第35卷第7期高分子材料科学与工程
V o l .35,N o .7
2019年7月
P O L YM E R MA T E R I A L SS C I E N C E A N DE N G I N E E R I N G
J u l .2019
导电水凝胶的构筑设计及应用
刘剑桥1,舒浩然1,王晓玲1,韩 露1,张 晟2,郭 坤1
(1.西南民族大学药学院,四川成都610041;2.四川大学高分子研究所高分子材料工程国家重点实验室,四川成都610065
)摘要:水凝胶因其优良的物理化学性能和生物学特性,被广泛应用于生物医药㊁功能材料和传感器等领域㊂导电水凝胶作为一种新型功能凝胶材料,受到了广大科研工作者的青睐㊂通过将不同类型的聚合物基质与导电填料结合在一起,开发出了多种类型的导电聚合物水凝胶(E C H s )㊂文中综述了导电水凝胶研究领域的最新动态,详细阐述了导电水凝胶的设计和构筑方法,并讨论了导电水凝胶材料在生物医学和储能系统等领域的应用前景㊂导电水凝胶材料的构筑㊁设计和应用研究将促进电子功能材料领域的快速发展㊂关键词:水凝胶;导电性;构筑设计;功能材料
中图分类号:O 648.17 文献标识码:A 文章编号:1000-7555(2019)07-0182-09
d o i :10.16865/j
.c n k i .1000-7555.2019.0199收稿日期:2019-01-25
基金项目:西南民族大学研究生创新型科研项目(C X 2018S Z 78
)通讯联系人:郭坤,主要从事药用高分子材料研究,E -m a i l :g
u o k u n l u o h e @163.c o m ;王晓玲,主要从事天然药物化学研究,E -m a i l :w x l 3232@s i n a .c o m
1 引言
水凝胶是指引入亲水基团和疏水基团㊁含水量高㊁具有三维网状交联结构的水溶性高分子,其中亲水基团与水分子结合后连接在网络内部,而疏水基团遇水膨胀,它在水中吸水溶胀后保持形状而不被水溶解[
1]
㊂根据合成材料的不同,水凝胶可以分为合成高分子水凝胶和天然高分子水凝胶㊂天然高分子水凝胶有更好的安全性㊁生物相容性及亲水性,但是天然高分子材料稳定性较差容易降解㊂因此,开发出结构特别㊁合成过程简便㊁智能并具有优异功能的复合水凝胶成为近些
年的研究热点[
2]
㊂导电水凝胶(E C H s
)是将亲水性基质与导电填料(如金属纳米颗粒㊁导电聚合物(C P s )或炭黑㊁石墨㊁多壁碳纳米管等碳基材料)有机结合的新型复合水凝胶㊂
导电聚合物水凝胶兼具凝胶材料的力学性质㊁溶胀性质和导电聚合物的电化学性质,因此,E C H s 在可再生
能源[3~6]㊁环境工程[7~9]㊁医疗器械[10~12
]和药物递送系统[13~16
]等许多应用领域具有广阔的应用前景,是制
备超级电容器的理想材料之一㊂近年来,功能水凝胶材料的研究引起了科研工作者广泛的兴趣,一大批性能优异的导电水凝胶材料被研究和报道㊂本文将重点介绍导电水凝胶材料的研究动态和方向,对导电水凝胶的构筑与设计的思路㊁性能及相关应用研究进行讨
论与分析,并对其未来的发展进行展望㊂
2 导电水凝胶的构筑与设计
水凝胶材料的应用随着研究的深入逐渐被延伸㊂但是,在水凝胶的使用过程中,往往需要其具有一定的功能,而导电性是材料的重要功能之一,因此,导电水凝胶材料是水凝胶领域未来发展的方向之一㊂目前,导电水凝胶的构筑和设计方法主要有4种:(1)导电填料以悬浮颗粒形式引入形成的导电水凝胶;(2)预聚水凝胶基质中再聚合形成的导电水凝胶;(3)通过掺杂剂分子交联形成的导电水凝胶;(4)通过超分子相互作用自组装作用形成的导电水凝胶㊂
2.1 导电填料以悬浮颗粒形式引入水凝胶
形成导电水凝胶最直接的方法之一是在导电填料
(如碳基纳米颗粒[17]㊁金属纳米颗粒[18
]和导电聚合物[19]
)的悬浮液中凝胶化水凝胶单体㊂石墨烯和碳纳
米管(C N T )
被广泛用作填料,以改善聚合物复合材料的力学性能及热学性能[20
],同时提供系统的导电性[21~23
]㊂因此,这些无机纳米粒子通过该方法常作为
E C H s 的导电填料㊂
在典型的合成中,通过在由水凝胶单体㊁交联剂和氧化石墨烯(G O )
组成的溶液中加入引发剂,然后通过加热引发自由基聚合,制备了G O /聚丙烯酸(P A A )
水
凝胶[20]㊂通过改变G O的含量提高G O/P A A水凝胶的力学强度㊂此外,还有其它类型的水凝胶基质,如聚(N-异丙基丙烯酰胺)(P N I P A A m)[24]㊁聚丙烯酰胺(P AM)[25]和聚乙烯醇(P V A)[26]也用于制备复合水凝胶㊂
氧化石墨烯在氧化过程中会产生许多的无序点,从而降低氧化石墨烯的导电性㊂为了提高G O水凝胶的电化学性能,L u等人报道的方法是在凝胶合成过程中减少G O,通过聚多巴胺(P D A)改性的方法,将导电纳米元件结合在一起,制备一种同时具有导电性㊁高韧性及自粘附性和自愈合性的水凝胶[25]㊂通过聚多巴胺(P D A)还原,将G O部分转化为氧化石墨烯(r G O),然后在引发剂和交联剂的作用下,引发丙烯酰胺(AM)单体聚合㊂以贻贝为灵感的P D A涂层作为一种多功能的表面修饰策略得到了广泛的应用,在这项工作中,P D A被用于功能化r G O并使其在水凝胶网络中能很好地分散,从而提供了一种有效的电子途径
㊂
F i g.1(a)C o n d u c t i v e f u n c t i o n a l i z e d s i n g l e-w a l l c a r b o nn a n o t u b en e t w o r k s t h r o u g h t h ed y n a m i c s u p r a m o l e c u l a r c r o s s-l i n k i n g[27];
(b)p r e p a r a t i o n p r o c e d u r e o f t h e h y d r o g e l o f P(N a S S)/P(V B I m-C l)/P V A@A u[29]
Z h a n g等[27]使用P D A来改变单壁C N T的表面
性质,形成了促进其在P V A溶液中的单向分布,从而
导致通过超分子相互作用交联的新型导电水凝胶
(F i g.1a)㊂在此方法中,碳基材料仅作为导电填料而
非交联剂,因此,需要稳定的互穿聚合物链来提供支
撑㊂因此,这种方法的关键在于导电填料在预凝胶化
溶液中的良好分散及随后在3D水凝胶网络中的良好
分散㊂
除此之外,C h o n g等[28]利用银纳米线与聚乙二醇
(P E G)水凝胶结合形成P E G/A g NW,自由分散的银
纳米线形成导电网络㊂虽然达到了期望的电性能,但
A g NW的加入量只有0.2%,不能导致力学性能的可
测量差异㊂Y a n g等人[29]形成既含有物理交联(P V A)
又含有化学交联(聚对苯乙烯磺酸钠水合物(P
(N a S S)))的双网络水凝胶(F i g.1b),A u纳米粒子
(N P S)作为导电填料提高了复合凝胶材料的导电性㊂
该水凝胶以过硫酸钾(K P S)为引发剂,以N,N'-亚甲
基双(丙烯酰胺)(B I S)为交联剂,水凝胶中P(N a S S)
链与P(V B I m-C l)链之间的离子键为双重网络凝胶提
供了良好的结构稳定性㊂
2.2预聚水凝胶基质内的聚合
双网络水凝胶的设计和制备使得这种两步法制备
导电水凝胶[30,31]成为可能,通过聚合反应,非导电水
凝胶网络被预聚成型,充当导电聚合物网络原位聚合
的支持框架㊂G i l m o r e等[32]在1994报道了采用这种
方法合成了第1个导电水凝胶,通过在聚丙烯酰胺水
凝胶上直接聚合聚吡咯(P P Y)㊂受此启发,通过将商
品化的水凝胶(P AM㊁P A A㊁P V A㊁琼脂糖和壳聚糖)
381第7期刘剑桥等:导电水凝胶的构筑设计及应用
和一系列导电聚合物C P s
(聚吡咯㊁聚苯胺和聚乙二氧基硫代苯)[311,24,33~38]的组合来制备导电水凝胶成为可
能㊂
D i s p
e n z a 等[39]
在聚苯胺(P A N I )纳米颗粒的悬浮液中制备聚(N -乙烯基-2-吡咯烷酮)(P V P )
水凝胶㊂其中P V P 作为吸附低聚苯胺引发中心的位点,
并作为形成的胶体P A N I 颗粒的空间稳定剂㊂最后通过化学
交联得到了分散有聚苯胺颗粒的导电复合水凝胶㊂
W u 等[40]
报道了聚丙烯酸和聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸-
丙烯酸)通过原位聚合得到了一系列含有互穿聚合物网络(I P N )
结构的聚苯胺导电复合水凝胶㊂在A m b r o s i o 等人的研究中[11]
,聚苯胺(P A N I
)纳米颗粒首先溶解在聚乙二醇二丙烯酸酯(P E G D A )溶液中,然后进行紫外光聚合的方法以构建具有超孔结构的交联水凝胶网络㊂此外,聚苯胺(P A N I
)/甲基丙烯酸肝素水凝胶也被制备和报道,其合成方法如
F i g
.2所示[41
]
㊂首先,通过紫外光固化形成生物衍生的肝素水凝胶网络,然后在苯胺溶液中进行吸附,使单
体扩散到多孔结构中㊂最后,在苯胺-甲基丙烯酸酯水凝胶基质中通过苯胺的氧化聚合和物理包覆的聚苯胺形成聚苯胺/肝素甲基丙烯酸酯水凝胶㊂
在类似的机制中,Y a s z e m s k i 等人将该方法扩展
到由低聚(富马酸聚乙二醇酯)(O P F )和P P y [38
]组成
制备复合导电水凝胶㊂首先基于富马酰氯与聚乙二醇的反应合成O P F 水凝胶作为聚合物基质,其中吡咯通过自由基聚合化学生长㊂该方法通过选择合适的聚合物基质和导电聚合物制备了具有良好力学强度和导电性的水凝胶,为导电水凝胶提供了一种简便且通用的构筑思路
㊂
F i g .2 S y n t h e t i c r o u t e o fH e p -M A /P A N I h y d r o g
e l d u a l n e t w o r k s [41]2.3 通过掺杂剂分子交联形成的导电水凝胶
在前面讨论的2种制备导电水凝胶的方法中,都需要一个非导电骨架来支持导电填料,但这些非导电聚合物基质在导电聚合物中占有相当大的比例,对于最终的柔性超级电容器或电池配置来说效率很低㊂因此,许多研究人员试图直接交联导电聚合物链而不使用任何绝缘聚合物基质形成3D 导电水凝胶网络[
42,43
]㊂M a c D i a r m i d 等人制备了一种导电高分子水凝胶[44
],研究中报道了高浓度P A N I 溶液的凝胶化过程,这是由晶体结构域的物理交联和非晶态P A N I 的
一维线状排列引起的㊂与之不同,B a o 等人在P A N I
中加入植酸,同时对体系进行凝胶化[43]
,凝胶机理如
F i g
.3a 所示㊂通过对P A N I 上的氨基进行质子化,每个氨基酸分子都能与多个P A N I 聚合物链发生反应,从而形成从埃㊁纳米到微米的交联三维层次微观结构㊂P P y 是另一种导电聚合物,
其自身交联可形成导电聚合物㊂Y u 等[45]
采用界面聚合方法,在有机/水相界面制备纳米结构导电P P y 水凝胶㊂通过调节单体吡咯与交联剂植酸的摩尔比,可以使P P y 水凝胶的形态从中空球形结构(P y ʒP A=5ʒ1)向颗粒状分级多孔网络(P y ʒP A=10ʒ1)转变㊂除植酸外,该基团将掺杂分子转化为铜酞菁-3,4,4',4',4'-
四磺酸四钙盐(C u P c T s )合成了一种相互连接的P P y 纤维结构,并进一步交联成水凝胶㊂如F i g .3b 所示,C u P c T s 作为掺杂剂和凝胶剂,通过静电相互作用和氢键作用,将4
81高分子材料科学与工程
2019年
项链状 一维的P P y 纳米纤维自组装成三维水凝胶网络㊂
在目前的报道中,P A N I 和P P y 是仅有的2种能
够被掺杂分子交联的导电水凝胶㊂该方法由共轭聚合
物制成的导电水凝胶中产生连续的导电相,采用不同的导电聚合物单体和交联剂,可以精确控制导电水凝胶的形态
㊂
F i g .3 (a )S c h e m a t i c i l l u s t r a t i o n s o f t h e 3Dh i e r a r c h i c a lm i c r o s t r u c t u r e o f t h e g e l a t e dP A N I h y d r o g e l w h e r e p h y t i c a c i d p l a y s t h e r o l e a s d o p
-a n t a n d c r o s s l i n k e r [43];(b )i l l u s t r a t i o n d e p i c t i n g c o n t r o l l e d s y n t h e s i s o f t h e C u P c T s d o p e dP P y h y d r o g e l ;C u P c T s a c t a s b o t h c r o s s -l i n -k e r a n d p r o t o n i c d o p a n t f o r t h eP P y h y d r o g e l a n d a l i g n t h eP P y c h a i n s i n t o o r d e r e dn a n o s t r u c t u r e t h r o u g
ha s t e r i c e f f e c t [45]
2.4 超分子相互作用自组装作用形成的导电水凝胶与导电高分子水凝胶相似,石墨烯及其衍生物导电水凝胶是一种混合水凝胶复合材料,可通过多种方法实现和制备,水热合成是最常用的方法㊂水热合成通常是利用高温水溶液在高压下制备石墨烯基纳米复
合材料[
21]
㊂S h i 等首次采用这种方法合成了一种交联三维多
孔结构的自组装石墨烯水凝胶[46]
㊂在一锅法中,将均
匀的G O 悬浮液密封在高压釜中,在180ħ加热12h ,
然后将高压釜冷却至室温,通过包括氢键㊁静电相互作用和π-π堆积等超分子相互作用形成石墨烯水凝胶㊂在自组装过程中,石墨烯水凝胶的性能与前体G O 浓度密切相关㊂当处于低G O 浓度(0.5m g /m L )时,仅获得黑色粉末材料㊂然后再将G O 浓度增加至1m g
/m L 或2m g
/m L 后,就可以得到石墨烯水凝胶㊂制备的石墨烯水凝胶可以用肼或氢碘酸进一步处理,除去
残留的氧化基团,大幅度提高其电导率[
47
]㊂这些研究为从二维石墨烯薄片构建三维水凝胶网
5
81 第7期
刘剑桥等:导电水凝胶的构筑设计及应用
络提供了一种简便易行的方法,并启发了许多基于石墨烯的水凝胶系统的新设计㊂例如,L i 等人展示了金/石墨烯水凝胶在金纳米晶体悬浮液和氧化石墨烯层中的受控组装[48]
;C o n g 等通过亚铁离子还原G O ,
同时在石墨烯片上沉积F e 3O 4纳米颗粒,然后进行水热反应形成磁性F e 3O 4/石墨烯水凝胶[49
]㊂通过将G O 水分散体与一定量的二氧化钛(T i O 2)纳米颗粒预混合,L i u 等人通过相同的水热反应开发了多功能
T i O 2
/石墨烯水凝胶[42
]㊂该方法制备的石墨烯水凝胶具有良好的互连结构,力学强度高,但不含亲水聚合物基体,因此不具备容纳大量液体的能力㊂
这4种方法代表了制备导电水凝胶的常用方法,
每种方法都有各自的优点和局限性,这4种合成方法
的比较和概述可以为导电水凝胶材料的构筑和设计提供理论依据,为制备精准可控的尺寸㊁组成㊁形态和界面的功能性水凝胶材料奠定了基础㊂
3 导电水凝胶的应用
导电水凝胶是导电高分子聚合物的一个分支,它具有独特的三维网状结构,可增大电板与电解液的接触面积,促进了离子的快速移动,从而能够提供较高倍率性能,所以导电水凝胶是一类具有高导电效率㊁内阻小㊁稳定性好㊁力学性能佳的柔性导电高分子㊂基于以上特点,导电水凝胶在柔性可穿戴电子器件㊁安全离子电池㊁药物可控释放㊁传感器和生物器件等领域具有潜在的应用价值
㊂
F i g .4 H e a l a b l e ,a d h e s i v e a n dw e a r a b l e s o f t s t r a i n s e n s o r s a s s e m b l e d f r o mt h eP V A -F S W C N T -P D Ah y d r o g e l s f o r l a r g
e -s c a l eh u m a nm o t i o n -m o n i t o r i n g (a )t h e r e c o r d e d r e s i s t a n c e v a r i a t i o n s o
f t h e P V A -F S W C N T -P D Ah y d r o
g e l s t r a i n s e n s o r s a d
h e r e d o n t o t h e g l o v e s
i n r e s p
o n s e t o t h e f i n g e r b e n d i n g w i t hd i f f e r e n t a n g l e s ,t h e i n s e t s s h o wt h e p h o t o i m a g e s o fP V A -F S W C N T -P D Ah y d r o g
e l s t r a i n s e n s o r s a d h e r e d o n t o t h e g l o v e s w i t h t h e
f i n
g e r b e n d i n g a t d i f f e r e n t a n g l e s ;t
h e r e l a t
i v e r e s i s t a n c e c h a n g e i s d e m o n s t r a t e d f o r (b )w r i s t ,(c )o p
i s t h e n a r ,a n d (d )e l b o w j o i n t b e n d i n g w i t hd i f f e r e n t d i r e c t i o n s ,r e s p e c t i v e l y ;t h e i n s e t s s h o wt h eh y d r o g e l a d h e r e do n t o t h ew r i s t ,o p
i s t h e n a r ,a n de l b o w ;(e )t h e r e l a t i v e r e s i s t a n c e c h a n g e o f t h e s e n s o r i n r e s p o n s e t o p e r s o n s s i t t i n g p o s t u r e :g
o o d p o s t u r e a n d b a d p o s t u r e ,t h e i n -s e t s s h o w t h a t t h e h y d r o g e l a d h e r e d o n t h e p e r s o n s b a c k ;(f )t h e r e l a t i v e r e s i s t a n c e c h a n g
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f t h e s e n s o rw i t h v a r i o u sm o v e m e n t s o f a k n e e j o i n t ,t h e i n s e t s s h o wt h e h y d r o
g e l a d
h e r e do n t h e k n e e j
o i n t [3]6
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2019年
3.1传感器
为了给可穿戴电子设备供电,科学工作者设计了
多种柔性储能系统,并可以在连续弯曲㊁拉伸甚至扭曲
条件下完成预期的口令和工作㊂传感器作为最有前途
之一的柔性能量存储装置正在被研究,它们被构造成
具有电化学可持续性和力学强度的新型存储装置㊂传
感器的性能很大程度上取决于电极材料的性能,电极
材料必须具有电化学活性,且是良好的机械柔性材料㊂Z h a n g等[3]以导电功能化单壁碳纳米管(F S W C-N T)网络为载体,通过F S W C N T㊁生物相容性聚乙烯醇和聚多巴胺之间的动态超分子交联,制备了导电㊁可
自愈㊁自黏的可穿戴人体运动传感器㊂研究表明,基于P V A-F S W C N T-P D A水凝胶的传感器能够监测大规模和微小的人体活动(包括弯曲和放松手指,行走,咀嚼和脉冲(F i g.4)),应变传感器可以通过与无线发射机连接,实现对无线遥感人体运动的监测㊂此外,体外细胞毒性结果显示P V A-F S W C N T-P D A水凝胶无细胞毒性,具有良好的生物相容性,可在体内安全使用,在个人电子产品制造㊁人机交互㊁医疗保健监控等方面有广泛的应用前景㊂
C h u n g等人[28]开发了一种导电聚乙二醇(P E G)水凝胶/银纳米线(A g NW)复合微模式传感器,以聚对苯二甲酸乙二酯(P E T)薄膜为载体,制备了聚乙二醇水凝胶/A g NW复合材料,可以用于在电刺激下指导神经干细胞(N S C s)的分化和神经突触的生长㊂与常规水凝胶相比,复合材料和结构的电学行为的模拟是P E G水凝胶/A g NW复合材料最突出的优点㊂因此,在柔性P E T薄膜上的P E G水凝胶/A g NW复合微图案传感器有望用作N S C治疗应用的神经植入装置㊂3.2电池
随着经济的发展,化石燃料的日益枯竭,寻求新能
源成为当今世界亟待解决的难题㊂所以研究出高效㊁
可持续㊁环境友好型的能源成为炙手可热的研究方向,
先进的能量转换和储存技术对保持国家经济平衡发展
有重要的作用㊂在各种储能系统中锂离子电池㊁燃料
电池㊁超级电容器的应用最为广泛㊂其中超级电容器
作为一种新型高效储能装置,比传统电容器的能量密
度高,比二次电池(锂电池)的功率密度大,介于传统
电容器与充电电池之间㊂同时具有循环寿命长,充放
电效率高㊁工作温度范围宽等诸多优点,故在储能领域
引起了广泛关注㊂
L i等[50]报道了以聚丙烯酰胺水凝胶为电解质, A L O/C MK-3为阳极,N V P@C为阴极的高性能水性可充电钠离子电池(A R S I B)㊂完整电池的示意图和氧化还原机制如F i g.5所示㊂其固体含量为60%的水凝胶由于交联结构有利于水的保留,可以有效地缓解碱化咯嗪(A L O)的溶解问题㊂在100次循环后,电池的容量保持率可达90%,远高于水溶液电解质㊂B a e 等[51]探索了纳米水凝胶作为模板来制作三维互连石榴石框架,三维石榴石骨架的整体结构提供了一个连续的锂离子传导通路,大大提高了离子的导电性㊁机械柔性和热稳定性,该三维石榴石框架为锂金属提供了一个稳定的界面㊂因此,复合聚合物电解质(C P E)与三维石榴石框架在新型锂离子电池领域具有潜在的应用价值
㊂
F i g.5S c h e m a t i c d i a g r a ma n d r e d o xm e c h a n i s mo f t h e f u l l A R S I B s
w i t h p o l y a c r y l a m i d eh y d r o g e l e l e c t r o l y t e,A L O/C M K-3a n-
o d e,a n dN V P@Cc a t h o d e[50]
3.3药物的可控释放
导电水凝胶是常用的药物释放基体,通过构筑刺激响应性水凝胶,可以通过改变光㊁温度㊁电场㊁p H等不同环境条件来获得药物的缓慢和靶向释放㊂近些年来,很多研究集中在纳米级材料或载体的构筑,进而实现对药物的释放㊂作为具有安全性和良好生物相容性的药物载体,以导电聚合物包裹药物,通过电化学刺激实现药物的可控释放㊂此方法通过聚合物在不同的环境条件(温度㊁p H㊁光等)下结构发生变化从而实现药物的释放,且制备简单,具有良好经济效益㊂
基于石墨烯的纳米混合水凝胶具有增强韧性和双响应药物传递特性,从而开辟了智能材料的新时代㊂D a e等[52]采用原位自由基聚合法制备了原始石墨烯水凝胶,其中以石墨烯血小板为纳米结构框架,能够承受外界应力,具有可逆延展性㊂该纳米结构具有广泛
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第7期刘剑桥等:导电水凝胶的构筑设计及应用
的物理吸附作用,能增强凝胶基质内部的物理交联㊂该水凝胶除了具有p H反应药物释放特性外,也可以用作脉冲药物输送装置㊂研究中通过多电解质水凝胶基质中导电网络的形成,观察和假设了药物的电响应释放行为㊂此外,药物释放特性也可以通过调整导电填料加载到凝胶基质中来调节㊂据笔者所知,这类具有橡胶状稠度㊁高力学性能㊁可调谐和双响应药物输送功能以及非常好的人体细胞相容性的水凝胶是首次报道㊂
作为一种给药系统,对电场和p H值具有多重刺激响应的可注射凝胶很少被报道㊂G u o等[53]开发了一系列具有电响应性㊁p H敏感性和固有抗菌活性的可注射导电水凝胶作为 智能 药物载体㊂以壳聚糖-接枝聚苯胺(C P)共聚物和氧化葡聚糖(O D)为交联剂,制备了水凝胶㊂模型药物阿莫西林㊁布洛芬作为电驱动释药载体,在C P/O D水凝胶中负载,随着电压的增加,释药速率显著提高㊂壳聚糖和聚苯胺都具有固有的抗菌性能,使水凝胶具有优良的抗菌性能㊂综上所述,这些具有抗菌活性的可注射型p H敏感导电水凝胶可以作为精确给药剂量的智能给药载体,满足实际需求㊂
4结论与展望
本文从材料构筑和设计的角度总结了导电水凝胶材料的研究进展,概述了导电水凝胶的制备方法,并对导电水凝胶的应用领域进行了总结和展望㊂选择合适的水凝胶基质和电活性填料以及它们的协同作用对于提高导电水凝胶在柔性能量存储应用中的性能至关重要㊂导电填料的分散性和空间形态影响导电水凝胶材料的电化学㊁力学性能和柔性储能装置的应用性能㊂因此,建立导电水凝胶的结构-性能关系将有助于从根本上了解材料的结构和性能,为优化水凝胶的基本参数提供理论基础㊂在目前的研究中,开发具有柔性储能系统性能的导电水凝胶取得了很大进展,但是制备高导电性能和优异力学性能的导电水凝胶仍然是一项重大的技术挑战㊂
电活性材料和水凝胶基质的优化组合物需要平衡材料的力学性能和电化学性质,构筑具有良好的电化学和力学性能的新型水凝胶材料后,还需要可靠的配置和结构设置等,将所有组件集成到一个单元中,最后组装形成可供使用的产品㊂目前,在实验室中将这些灵活的储能装置应用于日常电子产品依然受到限制㊂同时,具有多种功能的微型电子设备,如光学透明性,生物相容性和自修复性能,将是柔性能量存储设备未来发展的动态和方向㊂
参考文献:
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J i a n q i a oL i u1,H a o r a nS h u1,X i a o l i n g W a n g1,L uH a n1,S h e n g Z h a n g2,K u nG u o1
(1.C o l l e g e o f P h a r m a c y,S o u t h w e s tM i n z uU n i v e r s i t y,C h e n g d u610041,C h i n a;
2.P o l y m e rR e s e a r c hI n s t i t u t e o f S i c h u a nU n i v e r s i t y,S t a t eK e y L a b o r a t o r y o f
P o l y m e rM a t e r i a l sE n g i n e e r i n g,C h e n g d u610065,C h i n a)
A B S T R A C T:H y d r o g e l sw e r ew i d e l y e m p l o y e d i nb i o m e d i c a l,f u n c t i o n a lm a t e r i a l s a n dc h e m i c a l b i o s e n s o r,d u e t o t h e i r e x c e l l e n t p h y s i c a l,c h e m i c a l a n db i o l o g i c a l p r o p e r t i e s.C o n d u c t i v e h y d r o g e l sw e r e f a v o r e db y m a n y r e-s e a r c h e r s.S o f a r,v a r i o u s t y p e s o f c o n d u c t i v e p o l y m e r s(E C H s)h a v e b e e n d e v e l o p e d b y c o m b i n i n g v a r i o u s c o n-d u c t i v e c o m p o n e n t s a n dd i f f e r e n t t y p e s o f p o l y m e rm a t r i x e sw i t hc o n d u c t i v e f i l l e r s.I n t h i s r e v i e w,r e c e n t p r o-g r e s s i n t h e f i e l do f c o n d u c t i v eh y d r o g e l sw a s s u mm a r i z e d,a n d t h em e t h o do f d e s i g na n dc o n s t r u c t i o no f c o n-d u c t i v eh y d r o g e l sw a s e x p o u n d e d t h o r o u g h l y.F i n a l l y,t h e i r a p p l i c a t i o n s i n t h e f i e l do f b i o m e d i c i n e a n d e n e r g y s t o r a g e s y s t e m sw e r ed i s c u s s e d.T h e r e s e a r c ho n t h ed e s i g na n da p p l i c a t i o n s o f c o n d u c t i v eh y d r o g e l s c a n p r o-m o t e t h e r a p i dd e v e l o p m e n t o f f u n c t i o n a lm a t e r i a l s.
K e y w o r d s:h y d r o g e l;c o n d u c t i v i t y;c o n s t r u c t i n g d e s i g n;f u n c t i o n a lm a t e r i a l
091高分子材料科学与工程2019年。