一种本征可拉伸纤维素离子凝胶制备方法与应用

本发明涉及一种可拉伸凝胶的制备方法与应用，特别是涉及一种本征可拉伸纤维素离子凝胶制备方法与应用。

背景技术：

1、“本征可拉伸性”指的是材料自身固有的能够发生塑性形变并承受拉力的特性。其中“本征”是材料自身具备的特性，而不是通过外部力或外部因素引起的；而“可拉伸性”是指材料在承受拉力时能够发生变形而不断裂或破损的能力。纤维素以往是通过纳米尺度设计来实现这种能力，但这些在制备过程存在繁琐、性能低效等问题。由于纤维素分子链的复杂性，以及涉及到的相互作用和动力学过程的复杂性，目前对分子尺度纤维素分子链的结构设计仍然面临一些挑战。

2、分子水平上构型设计使材料具有超越自身的、新颖的、独特的特性，并使得制备的材料本身具有独特的氢键网络与微观结构可设计性，从而展现出独特的机械性能。但现在对于纤维素拉伸材料的设计依然停留在纳米级尺寸的混合与杂化，很少涉及分子尺寸的结构设计与空间构型策略去构建可拉伸的纤维素基功能材料。往往要实现纤维素材料的拉伸性的方法多为双网络结构设计、增强剂填充、纤维素复合材料、或者界面工程设计等方法。虽然在一定程度上纤维素材料的拉伸性能有所改善，但现有的工艺还存在一些局限性，如调控范围窄，过程也较为繁琐，且无法在实验过程中实现原位调控等问题。同时，所制备的纤维素可拉伸材料如凝胶，在机械性能和拉伸性能依然无法得到兼顾。

3、可见，设计并制造出一种完美的具有本征可拉伸性、降解性、以及导电性的功能性材料依然是一个极具挑战的目标。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种本征可拉伸纤维素离子凝胶制备方法与应用，本发明通过改变纤维素分子链的排列方式来构建分子空间结构，实现材料的本征可拉伸性，该纤维素本征可拉伸性材料的制备方法简单、可调控，制备的s-ionogel材料具有更佳的机械性能及生物相容性，适宜于在自供电传感器材料领域应用。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种本征可拉伸纤维素离子凝胶制备方法与应用，所述方法采用环保的溶剂体系将纤维素分子化处理制备本征可拉伸纤维素离子凝胶，应用于在抗冲击材料、热电自供电传感领域中应用，概括为：

4、（1）s-ionogel可拉伸材料的制备流程；

5、（2）s-ionogel实现本征可拉伸性的机理是源于分子的卷曲与动态氢键调控；

6、（3）s-ionogel可拉伸材料在抗冲击材料、热电自供电传感领域中的应用；

7、具体包括以下过程：

8、步骤一、纤维素氰基化设计

9、先将烘干的纤维素用四甲基氯化铵水溶液激活，然后多次少量的将纤维素加入丙烯腈溶液里，搅拌至纤维素完全分散在丙烯腈溶液里后逐滴加入氢氧化钠溶液；待反应完成后，用胶头滴管将混合匀浆缓慢滴入到无水乙醇溶液进行再生；最后，用去离子水将再生后的纤维素洗净并于85℃下干燥48小时备用；

10、步骤二、制备本征可拉伸纤维素离子凝胶

11、取氰基化纤维素倒入装有离子液体的三口烧瓶中，待溶解完全后呈现透明粘稠液体；最后将其涂覆在光滑的玻璃板上冷却过程中空气中的水分子会将体系部分的离子液体置换出，脱模即可；

12、步骤三、采用电化学工作站测试交流阻抗曲线和传感曲线电化学性能；应用于热电自供电传感器材料。

13、所述的一种本征可拉伸纤维素离子凝胶制备方法与应用，所述纤维素加入丙烯腈溶液里，搅拌至纤维素完全分散在丙烯腈溶液里后逐滴加入氢氧化钠溶液；在室温下（25℃）搅拌2小时。

14、所述的一种本征可拉伸纤维素离子凝胶制备方法与应用，所述氰基化纤维素倒入装有离子液体的三口烧瓶中，先在85℃烘箱里预热20-30分钟，然后再85℃的恒温油浴锅里机械搅拌4-6小时溶解完全后呈现透明粘稠液体。

15、本发明的优点与效果是：

16、1.本发明以可降解的纤维素为原材料，通过简单高效的方法构建了具有本征可拉伸性的纤维素离子凝胶材料。这种性能的实现归因于纤维素在分子水平的构型调控，即在丙烯腈溶剂的诱导下，纤维素分子链由原来的平缓链状结构调控为卷曲的“弹簧”状，并且在氢键的动态调控下，使材料（简称s-ionogel）具有很好的拉伸性能。

17、2.本发明基于纤维素分子氢键网络设计与基团调控，以纤维素为基本实验材料研制出一种具有本征可拉伸性的纤维素离子凝胶材料s-ionogel，其具有可再生、易降解、生物相容性、应用广泛等诸多优势，在抗冲击材料、热电自供电传感领域中的应用。

技术特征：

1.一种本征可拉伸纤维素离子凝胶制备方法与应用，其特征在于，所述方法采用环保的溶剂体系将纤维素分子化处理制备本征可拉伸纤维素离子凝胶，在抗冲击材料、热电自供电传感领域中应用，概括为：

2.根据权利要求1所述的一种本征可拉伸纤维素离子凝胶制备方法与应用，其特征在于，所述纤维素加入丙烯腈溶液里，搅拌至纤维素完全分散在丙烯腈溶液里后逐滴加入氢氧化钠溶液；在室温下（25℃）搅拌2小时。

3.根据权利要求1所述的一种本征可拉伸纤维素离子凝胶制备方法与应用，其特征在于，所述氰基化纤维素倒入装有离子液体的三口烧瓶中，先在85℃烘箱里预热20-30分钟，然后再85℃的恒温油浴锅里机械搅拌4-6小时溶解完全后呈现透明粘稠液体。

技术总结
一种本征可拉伸纤维素离子凝胶制备方法与应用，涉及一种纤维素凝胶的制备方法及其应用，该制备步骤一、纤维素氰基化设计；先将烘干的纤维素用四甲基氯化铵水溶液激活，然后多次少量的将纤维素加入丙烯腈溶液里，搅拌至纤维素完全分散在丙烯腈溶液里后逐滴加入氢氧化钠溶液；待反应完成后，用胶头滴管将混合匀浆缓慢滴入到无水乙醇溶液进行再生，干燥备用；取氰基化纤维素倒入离子液体中，待溶解完全后呈现透明粘稠液体；最后将其涂覆在光滑的玻璃板上冷却过程中空气中的水分子会将体系部分的离子液体置换出，脱模即可；采用电化学工作站测试交流阻抗曲线和传感曲线电化学性能；应用于热电自供电传感器材料。

技术研发人员：赵大伟,龙倩,姜舸媛,周剑虹,许光文
受保护的技术使用者：沈阳化工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10