本发明涉及一种复合导电水凝胶，具体涉及一种pda@mxene/clay/pnipam复合导电水凝胶及其制备和应用。
背景技术：
1、柔性应变传感器在可穿戴和可植入设备、软机器人、电子皮肤、运动监测、医疗诊断与保健中具有巨大的应用潜力，因而备受关注。其中，传统可穿戴设备中笨重的传感元件和刚性金属电路元件的集成可能会导致可穿戴设备与生物组织之间的机械和信号传导不匹配，从而限制其在人体中的广泛应用。理想的可穿戴植入设备应具有良好的综合特性，包括机械稳定性、生物相容性和可调节的水平衡，以更好地模拟人类皮肤。水凝胶作为一种柔性材料，与传统可穿戴设备相比，具有仿生结构的特性和功能的可调节性，因此更具优势。
2、聚异丙基丙烯酰胺(pnipam)作为一种典型的热敏聚合物，其在温度刺激下快速相变且其响应温度可调。这一性能使pnipam水凝胶具有用作致动器的潜力。此外，其临界溶液温度(lcst)约为33℃，接近人体表面的温度。pnipam水凝胶具有优异的温度敏感性，因此也被用作温度传感的基质材料。但是pnipam基水凝胶机械强度较低，也是目前需要克服的难题。
3、由于水凝胶内部含水量较高，因此其存在力学性能较差的弱点，这阻碍了水凝胶作为可穿戴电子设备用于检测人体信号的应用。为了提高水凝胶的机械性能，向其中加入纳米材料实现纳米复合增韧是制备高强度水凝胶的常用方法。其中，mxene是一类具有二维层状结构的金属碳化物或金属氮化物材料，其外形类似于片片相叠的薯片，具有优异的机械性能和出色的电导率。与纯pnipam水凝胶相比，mxene/pnipam水凝胶的断裂强度和断裂伸长率均大幅度提高。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种pda@mxene/clay/pnipam复合导电水凝胶及其制备和应用，该复合导电水凝胶具有离子配位交联和氢键相互作用双重交联效应，具有高拉伸性、强粘附性、应变敏感和温度敏感性能。
2、为了达到上述目的，本发明提供了一种pda@mxene/clay/pnipam复合导电水凝胶，该复合导电水凝胶是通过将pda@mxene、异丙基丙烯酰胺和粘土在引发剂和促进剂作用下聚合获得的；其中，pda、mxene、异丙基丙烯酰胺和粘土的质量比为0.23～0.92：14.5～58：2500：800。
3、优选地，所述pda@mxene是通过将mxene分散液和多巴胺在tris试剂中反应获得的。
4、优选地，所述mxene分散液的浓度为0.5～2.0mg/ml。所述mxene分散液为mxene分散于水中。
5、优选地，采用的mxene是通过将max相经lif和盐酸刻蚀制备而成的。
6、优选地，采用的异丙基丙烯酰胺通过重结晶纯化处理。
7、本发明的另一目的是提供所述的复合导电水凝胶的制备方法，其特征在于，该方法包含：将pda@mxene、异丙基丙烯酰胺和粘土在引发剂和促进剂作用下在20℃聚合获得的。
8、优选地，所述引发剂选自过硫酸钾；所述促进剂选自n,n,n,n-四甲基乙二胺。
9、优选地，所述pda、mxene、异丙基丙烯酰胺、粘土、引发剂和促进剂的用量为0.23～0.92mg：14.5～58mg：2500mg：800mg：50mg：30μl。
10、优选地，所述pda@mxene的制备，为：将mxene分散液超声，加入tris试剂(为多巴胺的聚合提供碱性环境)后充分分散，再加入多巴胺充分反应。
11、优选地，所述异丙基丙烯酰胺的重结晶纯化，为：向异丙基丙烯酰胺中加入正己烷，加热溶解至澄清，冷却至室温，在0℃中继续冷却，析出的异丙基丙烯酰胺晶体抽滤，并用0～10℃的正己烷冲洗，将抽滤完成的异丙基丙烯酰胺晶体干燥。
12、本发明的另一目的是提供所述的复合导电水凝胶在柔性传感器中的应用。
13、本发明的pda@mxene/clay/pnipam复合导电水凝胶及其制备和应用，具有以下优点：
14、(1)本发明的pda@mxene/clay/pnipam复合导电水凝胶，具有离子配位交联和氢键相互作用双重交联效应，通过引入蚀刻法制备的mxene纳米片，赋予水凝胶优异的力学性能和高电导率以及快速的响应时间，展现出高拉伸性、强粘附性、应变敏感和温度敏感性能，尤其展现出十分优异的机械性能，断裂伸长率可高达1723％，是不加pda@mxene的纯pnipam水凝胶的两倍，在柔性传感领域具有广阔的应用潜力；
15、(2)本发明的pda@mxene/clay/pnipam复合导电水凝胶，水凝胶在大应变范围(0.05～500％)内表现出优异的应变敏感性，可用于监测身体运动，包括脉搏跳动、表情变化、手肘和膝盖的弯曲；
16、(3)本发明的pda@mxene/clay/pnipam复合导电水凝胶，利用聚异丙基丙烯酰胺(pnipam)构筑的水凝胶具有优异的温度敏感特性，由于nipam的引入，能将外部温度变化实时准确的转换为电信号，相对电阻变化为负，变化幅度随着温度的升高而增加。这是因为水凝胶的分子链随着温度的升高而收缩，减少了导电颗粒之间的距离。相对电阻随温度升高而变化的幅度反映了传感器的温度灵敏度，可以清楚地观察到，相对电阻变化显示出几乎线性的响应，温度灵敏度为2.749℃-1；
17、(4)本发明的pda@mxene/clay/pnipam复合导电水凝胶，将自粘pda材料引入导电水凝胶系统，mxene表面上的末端基团(-o、-f、-oh)和da官能团(-oh、-nh)可形成氢键，mxene的m离子可与聚多巴胺结构中的邻苯二酚基团的-o形成强螯合物，pda可以对mxene表面进行改性，提升mxene在水凝胶中的分散性，而且pda能使应变传感器可以直接连接到人体皮肤上，而无需其他额外的胶带，从而促进实际监测应用中的处理过程；
18、(5)本发明的pda@mxene/clay/pnipam复合导电水凝胶，传统化学交联剂n,n-亚甲基双丙烯酰胺(mbaa)在pnipam水凝胶体系中交联点具有不均匀性与固定性，使所得水凝胶易破碎，不具备拉伸性能，在柔性传感器的应用中存在一些问题，与传统化学交联剂相比，clay作为交联剂其主要成分是人体中存在的矿物质，表现出优异的生物相容性，而且粘土具有分层的结构，在聚合的过程中，粘土片层被剥离，剥离粘土片层以氢键、离子键与高分子起着交联剂的作用，也可进一步提升水凝胶的力学性能、增强凝胶速率，且聚合过程简单、易操作。
1.一种pda@mxene/clay/pnipam复合导电水凝胶，其特征在于，该复合导电水凝胶是通过将pda@mxene、异丙基丙烯酰胺和粘土在引发剂和促进剂作用下聚合获得的；其中，pda、mxene、异丙基丙烯酰胺和粘土的质量比为0.23～0.92：14.5～58：2500：800。
2.根据权利要求1所述的复合导电水凝胶，其特征在于，所述pda@mxene是通过将mxene分散液和多巴胺在tris试剂中反应获得的。
3.根据权利要求2所述的复合导电水凝胶，其特征在于，采用的mxene是通过将max相经lif和盐酸刻蚀制备而成的。
4.根据权利要求1所述的复合导电水凝胶，其特征在于，采用的异丙基丙烯酰胺通过重结晶纯化处理。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的复合导电水凝胶的制备方法，其特征在于，该方法包含：将pda@mxene、异丙基丙烯酰胺和粘土在引发剂和促进剂作用下在20℃聚合获得的。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂选自过硫酸钾；
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述pda、mxene、异丙基丙烯酰胺、粘土、引发剂和促进剂的用量为0.23～0.92mg：14.5～58mg：2500mg：800mg：50mg：30μl。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述pda@mxene的制备，为：将mxene分散液超声，加入tris试剂后充分分散，再加入多巴胺充分反应。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述异丙基丙烯酰胺的重结晶纯化，为：向异丙基丙烯酰胺中加入正己烷，加热溶解至澄清，冷却至室温，在0℃中继续冷却，析出的异丙基丙烯酰胺晶体抽滤，并用0～10℃的正己烷冲洗，将抽滤完成的异丙基丙烯酰胺晶体干燥。
10.如权利要求1-4中任意一项所述的复合导电水凝胶在柔性传感器中的应用。