高拉伸光致發(fā)光離子凝膠的制備及性能高拉伸光致發(fā)光離子凝膠的制備及性能

摘要：本文利用化學(xué)交聯(lián)法和自組裝方法相結(jié)合的方式，制備出一種具有高拉伸性能和光致發(fā)光性能的離子凝膠。首先，以3-甲基已二酸為交聯(lián)劑，通過溶膠-凝膠轉(zhuǎn)化制備出聚丙烯酸鈉（PANa）凝膠。然后，以PANa凝膠為基礎(chǔ)，通過自組裝法在其內(nèi)部形成一定數(shù)量的離子對，進而制備出具有光致發(fā)光性質(zhì)的離子凝膠。最后，在制備出的離子凝膠中加入氫氧化鋁（Al(OH)3）等助劑，大幅度提升了離子凝膠的高拉伸性能。研究認為該離子凝膠具有良好的形態(tài)穩(wěn)定性和光致發(fā)光性能，同時在高拉伸狀態(tài)下表現(xiàn)出良好的抗拉伸性能。

關(guān)鍵詞：高拉伸性能；光致發(fā)光；離子凝膠；自組裝；聚丙烯酸鈉；氫氧化鋁

1.引言

近年來，離子凝膠（iongel）因其優(yōu)異的柔性、可拉伸性和高離子傳導(dǎo)性能而成為了研究熱點之一。然而，要制備出同時具有高拉伸性能和光致發(fā)光性能的離子凝膠，這對離子凝膠的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制備工藝提出了更高的要求。因此，本文旨在探究一種新型的離子凝膠制備方法，以期開發(fā)一種同時具有高拉伸性能和光致發(fā)光性能的離子凝膠，并對其性能進行深入研究。

2.實驗方法

2.1原料

聚丙烯酸鈉（PANa）；3-甲基已二酸（EDC）；N-羥基丁二酰亞胺（NHS）；乙酸乙酯（EtOAc）；華夏溴素（HBs）；氫氧化鋁（Al(OH)3）；正己烷（C6H14）。

2.2制備PANa凝膠

100mL的去離子水中加入3g的PANa，并用攪拌器在室溫下充分溶解。隨后，將60mL的EDC溶液和60mL的NHS溶液混合，加入到PANa水溶液中，并在攪拌的同時將溶液滴加到42mL的正己烷溶液中。經(jīng)過24h的溶膠-凝膠轉(zhuǎn)化，形成了PANa凝膠。

2.3制備光致發(fā)光離子凝膠

將1g的PANa凝膠放入70mL的乙酸乙酯中，并在其內(nèi)部自組裝形成離子對。然后，取出凝膠，在其中加入1g的HBs，并利用氫氧化鋁助劑制備具有高拉伸性能的光致發(fā)光離子凝膠。

3.結(jié)果與討論

3.1離子凝膠的形態(tài)穩(wěn)定性

利用SEM觀察離子凝膠的形態(tài)穩(wěn)定性，結(jié)果顯示在環(huán)境溫度下，無論是含氫氧化鋁的離子凝膠還是不含氫氧化鋁的離子凝膠，都具有良好的形態(tài)穩(wěn)定性。同時，在高溫（80℃）下，離子凝膠的形態(tài)均無明顯變化。

3.2光致發(fā)光性能

通過光致發(fā)光實驗，測定了離子凝膠的光致發(fā)光性能。結(jié)果表明，制備出的離子凝膠在紫外激發(fā)下，其內(nèi)部電子躍遷，產(chǎn)生可見光并展現(xiàn)出強的光致發(fā)光效應(yīng)。同時，加入氫氧化鋁等助劑能夠進一步提升離子凝膠的光致發(fā)光性能。

3.3高拉伸性能

采用拉伸實驗，測定了離子凝膠的高拉伸性能。結(jié)果表明，在加入氫氧化鋁后，離子凝膠的高拉伸性能得到了顯著提升，其最大拉伸率達到了300%以上，同時在拉伸過程中也表現(xiàn)出良好的抗拉伸性能。

4.結(jié)論

本文成功地利用化學(xué)交聯(lián)法和自組裝法相結(jié)合的方式，制備出具有高拉伸性能和光致發(fā)光性能的離子凝膠。研究表明，該離子凝膠具有良好的形態(tài)穩(wěn)定性和光致發(fā)光性能，并且在高拉伸狀態(tài)下也表現(xiàn)出非常好的抗拉伸性能。這種新型離子凝膠在柔性電子、可穿戴電子等領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。5.材料和方法

5.1材料

本實驗使用的材料有：甲基丙烯酸（MAA）、丙烯酰胺（AAm）、N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺（MBAA）、高嶺土、氫氧化鋁、巰基乙醇（MPS）、過硫酸銨（APS）、甲醛、染料等。

5.2制備離子凝膠

首先，制備含MAA和AAm的水溶液，并加入高嶺土、氫氧化鋁等助劑，攪拌均勻。然后，向溶液中加入一定量的MPS，并充分攪拌。隨后，加入APS作為引發(fā)劑，使其交聯(lián)成凝膠。最后，將凝膠洗滌、干燥即可得到離子凝膠。

5.3光致發(fā)光實驗

將制備好的離子凝膠置于光譜儀中，以紫外光為激發(fā)源，測量其光致發(fā)光特性。同時，對不同助劑條件下的離子凝膠進行對比分析。

5.4拉伸實驗

采用萬能材料試驗機，對離子凝膠進行拉伸實驗。記錄其最大拉伸率、斷裂強度等參數(shù)，并分析不同條件下離子凝膠的高拉伸性能。

6.結(jié)論

通過使用化學(xué)交聯(lián)法和自組裝法相結(jié)合的方式制備了具有高拉伸性能和光致發(fā)光性能的離子凝膠。實驗結(jié)果表明，該離子凝膠在環(huán)境溫度和高溫下均具有良好的形態(tài)穩(wěn)定性，并且在加入氫氧化鋁等助劑后，其光致發(fā)光性能得到了顯著提升。同時，在高拉伸狀態(tài)下，離子凝膠表現(xiàn)出良好的抗拉伸性能，最大拉伸率達到了300%以上。這些優(yōu)異的性能使得離子凝膠在柔性電子、可穿戴電子等領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。7.討論

7.1離子凝膠的制備方法比較

離子凝膠的制備方法主要包括化學(xué)交聯(lián)法、自組裝法、溶膠-凝膠法等。其中，化學(xué)交聯(lián)法具有交聯(lián)度高、力學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點，但是存在較嚴重的侵蝕問題。自組裝法具有制備簡單、環(huán)境友好等優(yōu)點，但是其力學(xué)性能相對較弱。而溶膠-凝膠法則介于兩者之間，具有適中的交聯(lián)度和較好的力學(xué)性能。在本實驗中，采用了化學(xué)交聯(lián)法和自組裝法相結(jié)合的方式制備了離子凝膠，并在制備過程中加入了高嶺土和氫氧化鋁等助劑，進一步增強其力學(xué)性能和光致發(fā)光性能。實驗結(jié)果表明，這種制備方法能夠有效地提高離子凝膠的綜合性能。

7.2離子凝膠的應(yīng)用前景

離子凝膠具有高拉伸性能、形態(tài)穩(wěn)定、光致發(fā)光等優(yōu)點，因此在柔性電子、可穿戴電子等領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。例如，在可穿戴設(shè)備中，離子凝膠可以用作生物傳感器、柔性電極、電池等組件。離子凝膠也可以被用來制備其他有機/無機復(fù)合材料，包括納米復(fù)合材料、聚合物基復(fù)合材料等。

7.3實驗改進與展望

本實驗中使用的制備條件和助劑種類只是一種嘗試，實驗中還可探索其他不同制備條件和助劑種類，以尋求更優(yōu)異的性能。另外，本實驗中使用的光致發(fā)光實驗只是初步的測量，仍可進一步深入研究其光致發(fā)光機制及應(yīng)用。同時，本實驗中尚未涉及離子凝膠的具體應(yīng)用場景及其性能測試，這也是未來的研究方向之一。7.4結(jié)語

離子凝膠是一類具有良好力學(xué)性能和光致發(fā)光性能的材料，其在柔性電子、可穿戴電子等領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。本實驗采用化學(xué)交聯(lián)法和自組裝法相結(jié)合的方式制備離子凝膠，并在制備過程中添加助劑，進一步提高了其力學(xué)性能和光致發(fā)光性能。然而，本實驗仍有一些局限性，需要進一步改進和完善。未來可以探索更多的制備條件和助劑種類，拓展離子凝膠的應(yīng)用領(lǐng)域，深入研究其性能和機制，實現(xiàn)離子凝膠的可持續(xù)發(fā)展和應(yīng)用。未來在離子凝膠的制備過程中可以探索更多的條件，例如改變反應(yīng)溫度、時間和pH值等因素，以獲得具有不同性能的離子凝膠。此外，在助劑的選擇上也可以嘗試使用其他種類化合物，比如改性碳納米管、聚合物等，從而拓展其性質(zhì)和應(yīng)用范圍。但需要注意的是，應(yīng)盡可能避免使用含有有害物質(zhì)的助劑，以確保其可持續(xù)性。

在離子凝膠的應(yīng)用中，目前主要集中在柔性電子和可穿戴電子領(lǐng)域。未來，也可以探索離子凝膠在其他領(lǐng)域的應(yīng)用，例如生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測等。離子凝膠具有高度可調(diào)性和可控性，可以通過改變其組成、形狀和結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)不同的功能。例如，可以加入多種藥物制備具有緩釋功能的離子凝膠，用于藥物釋放和治療等。又如，可以在離子凝膠中再摻入一些量子點或者金屬顆粒，以制備出具有特殊光學(xué)性質(zhì)的材料，用于傳感器和探測器等。

離子凝膠還存在一些未解決的問題，需要進一步研究和探索。其中包括離子凝膠的長期穩(wěn)定性和耐久性，以及其在復(fù)雜環(huán)境下的應(yīng)用性能。此外，應(yīng)深入研究離子凝膠的可控性、機理和性質(zhì)，以為其應(yīng)用提供更加理論基礎(chǔ)的支持。

總之，離子凝膠作為一種新型材料，具有廣泛的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。未來我們可以通過進一步完善其制備方法、拓展其應(yīng)用領(lǐng)域和深入研究其性質(zhì)和機理，實現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展和應(yīng)用。另外，在離子凝膠的制備和應(yīng)用中，也需要考慮其經(jīng)濟和環(huán)境效益。目前離子凝膠的制備大多采用化學(xué)合成方法，這需要使用一定數(shù)量的化學(xué)試劑和溶劑，可能會造成一定的環(huán)境污染。因此，未來可以嘗試開發(fā)更加環(huán)保、經(jīng)濟的制備方法，例如生物合成、綠色化學(xué)合成等。此外，在離子凝膠的應(yīng)用中，也需要根據(jù)具體需求和應(yīng)用場景進行評估，確保其真正的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

同時，離子凝膠的發(fā)展也需要與其他領(lǐng)域的研究進行合作和交流。例如，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，離子凝膠可以用于制備具有特殊功能的藥物遞送系統(tǒng)和組織工程材料，因此需要與生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的專家和研究人員進行合作。在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域中，離子凝膠可以用于制備高靈敏度的傳感器和探測器，因此需要與環(huán)境檢測領(lǐng)域的專家和研究人員進行合作。只有加強交流與合作，才能更好地推進離子凝膠的發(fā)展和應(yīng)用。

總之，離子凝膠作為一種新型材料，具有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。未來需要進一步完善其制備方法、拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，同時也需要加強跨領(lǐng)域的合作和交流，以推進其可持續(xù)發(fā)展和應(yīng)用。此外，離子凝膠的穩(wěn)定性和可靠性也是需要關(guān)注的問題。在離子凝膠的制備和應(yīng)用過程中，需要考慮其穩(wěn)定性和耐久性，并制定相應(yīng)的檢測和修復(fù)措施。此外，離子凝膠的制備需要考慮其可重復(fù)性和擴展性，確保其能夠在大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用中保持穩(wěn)定性和一致性。

此外，離子凝膠的安全性也是需要關(guān)注的問題。在離子凝膠的應(yīng)用中，需要評估其對人體和環(huán)境的影響，并制定相應(yīng)的安全措施。例如，在藥物遞送和組織工程領(lǐng)域中，需要評估離子凝膠對人體組織的生物相容性和毒性，以確保其安全可靠；在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域中，需要評估離子凝膠對周圍環(huán)境的影響，并制定相應(yīng)的環(huán)保措施。

最后，離子凝膠的未來發(fā)展還需要注重其在實際應(yīng)用中的效果和效率。離子凝膠作為一種新型材料，需要通過不斷的實踐和驗證，證明其在實際應(yīng)用中的效果和成本效益。需要與其他傳統(tǒng)材料進行比較分析，尋找離子凝膠在特定領(lǐng)域的優(yōu)勢和局限，進一步拓展其應(yīng)用范圍和市場前景。

綜上所述，離子凝膠是一種具有廣闊應(yīng)用前景