本發(fā)明涉及離子導(dǎo)電水凝膠領(lǐng)域，特別涉及一種離子導(dǎo)電水凝膠材料及制備方法和在電化學(xué)電極中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、防腐涂層在很多領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，它能夠在材料表面形成一道堅(jiān)固的屏障，有效隔絕腐蝕介質(zhì)，從而防止腐蝕的發(fā)生并顯著延長(zhǎng)材料的使用壽命。同時(shí)，根據(jù)特定環(huán)境定制的防腐涂層還能增強(qiáng)材料的環(huán)境適應(yīng)性，使其能在不同氣候、濕度和化學(xué)環(huán)境中穩(wěn)定工作，大大降低了維護(hù)工作的負(fù)擔(dān)和成本。

2、防腐涂層的質(zhì)量往往決定著設(shè)備的安全性，因此防腐涂層的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)至關(guān)重要。涂層現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的方法多種多樣，包括物理檢測(cè)方法，如磁性測(cè)厚、超聲波測(cè)厚、通過劃格法、拉開法評(píng)估涂層附著力；化學(xué)分析方法，如紅外光譜分析識(shí)別涂層組成，酸洗法檢測(cè)涂層完整性；電化學(xué)測(cè)試，如電化學(xué)阻抗譜和極化曲線測(cè)試，評(píng)估涂層防腐性能。此外，還包括外觀檢測(cè)、柔韌性檢測(cè)、耐沖擊性檢測(cè)、孔隙率檢測(cè)、耐磨性檢測(cè)和耐老化性檢測(cè)等多種技術(shù)方法。電化學(xué)檢測(cè)具備高靈敏度、快速、非破壞性，廣泛適用于各種金屬、合金及導(dǎo)電材料，為選擇合適的材料和防腐措施提供科學(xué)依據(jù)。電化學(xué)技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)方面也存在一定的局限性，對(duì)于常規(guī)的電化學(xué)測(cè)試，往往需要電解質(zhì)溶液的存在，以提供導(dǎo)電的通路；而目前市場(chǎng)上存在的一些電化學(xué)測(cè)試技術(shù)，則需要將電極預(yù)埋在涂層中，或者在電極表面涂覆待測(cè)涂層，并將電極置于相同的服役環(huán)境中，定期檢測(cè)電極表面涂層的狀態(tài)來代表待測(cè)涂層的狀態(tài)，這些檢測(cè)方法只適用于新涂覆的涂層，對(duì)于舊涂層則無法準(zhǔn)確評(píng)價(jià)其性能。

3、離子導(dǎo)電水凝膠以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛應(yīng)用潛力，不僅具有良好的離子導(dǎo)電性能，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的電荷傳輸，而且具備優(yōu)異的生物相容性和可塑性，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜形狀和需求。此外，離子導(dǎo)電水凝膠還表現(xiàn)出良好的保水性和機(jī)械強(qiáng)度，確保了在實(shí)際應(yīng)用中的穩(wěn)定性和耐用性。離子導(dǎo)電水凝膠被廣泛應(yīng)用于柔性電子設(shè)備、生物醫(yī)學(xué)傳感器、可穿戴設(shè)備以及能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等領(lǐng)域，為這些領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和性能提升提供了有力支持。將離子導(dǎo)電水凝膠作為電解質(zhì)應(yīng)用在電化學(xué)電極中，可以在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)常規(guī)溶液法電化學(xué)測(cè)試，對(duì)涂層材料進(jìn)行電化學(xué)的防腐性能評(píng)價(jià)，以此評(píng)估涂層的狀態(tài)、預(yù)測(cè)涂層壽命等。因此，研發(fā)一種可用于電化學(xué)電池中的離子導(dǎo)電水凝膠材料具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題，提供一種離子導(dǎo)電水凝膠材料及制備方法和在電化學(xué)電極中的應(yīng)用。本發(fā)明的離子導(dǎo)電水凝膠具備最佳的離子導(dǎo)電率、必要的機(jī)械性能和機(jī)械穩(wěn)定性、可控的溶脹率、優(yōu)異的化學(xué)及電化學(xué)穩(wěn)定性。將離子導(dǎo)電水凝膠作為固體電解質(zhì)應(yīng)用在電化學(xué)電極中，允許高濃度的電解活性物質(zhì)，即導(dǎo)電離子在水凝膠中自由移動(dòng)，從而提高水凝膠電解質(zhì)的離子導(dǎo)電率，確保電化學(xué)電極的可靠性。

2、第一方面，本發(fā)明提供一種離子導(dǎo)電水凝膠材料，是采用以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的。

3、一種離子導(dǎo)電水凝膠材料，包括以下重量份的原料：非離子水溶性聚合物10～20份、水溶性離子聚合物5～10份、交聯(lián)劑1～5份、引發(fā)劑1～3份、保水劑5～15份。

4、進(jìn)一步的，非離子水溶性聚合物選用聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酰胺、聚乙二醇、聚氧乙烯、聚維酮、聚乙二醇二丙烯酸酯中的一種或幾種。

5、進(jìn)一步的，水溶性離子聚合物選用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鈉鹽、十二烷基苯磺酸鈉、甲基丙烯磺酸鈉、乙基纖維素、羥乙基纖維素、甲基纖維素、季銨羥乙基纖維素乙氧基化物、羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素中的一種或幾種。

6、進(jìn)一步的，交聯(lián)劑選用羧甲基纖維素鈉、乙二醇二酸、聚乙二醇二丙烯酸酯、二甲基丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺、n,n'-亞甲基雙丙烯酰胺、聚氧化丙烯醚三醇中的一種或幾種。

7、進(jìn)一步的，引發(fā)劑選用過硫酸鉀、焦亞硫酸鈉、偏亞硫酸氫鈉、過硫酸銨、n,n,n',n'-四甲基乙二胺、安息香二乙醚(irgacure?651)、2-羥基-4'-(2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮(irgacure?2959)、2,2'-偶氮雙(2-甲基丙脒)二鹽酸鹽中的一種或幾種。

8、進(jìn)一步的，保水劑選用明膠、甘油、瓊脂、聚山梨醇、聚丙烯酸鉀中的一種或幾種。

9、第二方面，本發(fā)明提供一種離子導(dǎo)電水凝膠材料的制備方法，是采用以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的。

10、一種上述離子導(dǎo)電水凝膠材料的制備方法，包括以下步驟：

11、s1.將非離子水溶性聚合物、水溶性離子聚合物、交聯(lián)劑分別加入去離子水中，攪拌均勻，獲得非離子水溶性聚合物溶液、水溶性離子聚合物溶液和交聯(lián)劑溶液；

12、s2.按份數(shù)分別稱取步驟s1獲得的三種溶液，攪拌混合均勻，并入一定量的保水劑，繼續(xù)攪拌混合均勻，并用氮?dú)獯祾?～2min；

13、s3.向步驟s2制得的混合溶液中加入一定量引發(fā)劑，繼續(xù)攪拌5～10min；

14、s4.將步驟s3混合均勻的反應(yīng)液轉(zhuǎn)移至模具中，再根據(jù)引發(fā)劑類型選擇交聯(lián)反應(yīng)的條件，反應(yīng)后得到離子導(dǎo)電水凝膠材料。

15、進(jìn)一步的，步驟s5中，交聯(lián)反應(yīng)包括熱聚合、uv聚合、ph誘導(dǎo)聚合。

16、更進(jìn)一步的，采用熱聚合形成水凝膠體系：將裝有反應(yīng)液的模具置于烘箱中，在50～75℃下反應(yīng)10～20min后，取出在室溫下放置過夜。

17、更進(jìn)一步的，采用uv聚合形成水凝膠體系：將裝有反應(yīng)液的透明模具放入紫外交聯(lián)儀的輻照室內(nèi)，uv照射30～60s，取出在室溫下放置過夜。

18、更進(jìn)一步的，采用ph誘導(dǎo)聚合形成水凝膠體系：在反應(yīng)液中加入強(qiáng)堿(ph＝10～12)或強(qiáng)酸(ph＝2～4)溶液，將裝有反應(yīng)液的模具置于烘箱中，在30～40℃下反應(yīng)10～15min后，取出在室溫下放置過夜；強(qiáng)堿或強(qiáng)酸溶液包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、鹽酸。

19、第三方面，本發(fā)明提供一種離子導(dǎo)電水凝膠材料的用途，是采用以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的。

20、一種上述離子導(dǎo)電水凝膠材料作為離子導(dǎo)電電解質(zhì)在制備涂層檢測(cè)電化學(xué)電極中的應(yīng)用。

21、進(jìn)一步的，制備涂層檢測(cè)電化學(xué)電極的方法包括以下步驟：

22、a.將離子導(dǎo)電水凝膠加工成所需的形狀，并將其浸泡在導(dǎo)電離子溶液中至少24h，以使離子達(dá)到平衡；

23、b.將浸泡后的水凝膠材料裝入電化學(xué)電極中，配合輔助電極和參比電極制成電化學(xué)電極，用于涂層電化學(xué)測(cè)試。

24、更進(jìn)一步的，導(dǎo)電離子溶液選用氯化鈉、氯化鉀、氯化銣、氯化銫、氯化鎂、氯化鍶、氯化鈣、氯化鋇、碳酸鉀、碳酸氫鉀、磷酸鉀、磷酸氫鉀、磷酸氫二鉀、4-羥乙基哌嗪乙磺酸鉀、1,4-哌嗪二乙磺酸二鉀中的一種或幾種。

25、更進(jìn)一步的，輔助電極選用惰性電極，惰性電極包括鉑電極、石墨電極。

26、更進(jìn)一步的，參比電極選用ag/agcl、飽和甘汞、汞氧化汞、硫酸亞汞。

27、使用時(shí)，將電極的底面貼在待測(cè)涂層表面，采用便攜電化學(xué)工作站對(duì)涂層進(jìn)行交流阻抗等電化學(xué)測(cè)試。當(dāng)電極中的水凝膠失水后，可以在導(dǎo)電離子溶液中浸泡一段時(shí)間復(fù)水后繼續(xù)使用。

28、本技術(shù)具有以下有益效果。

29、(1)非離子水溶性聚合物和水溶性離子聚合物，配合交聯(lián)劑、引發(fā)劑、保水劑，在加熱、uv照射、ph誘導(dǎo)等作用下，制備得到離子導(dǎo)電水凝膠材料，并通過強(qiáng)電解質(zhì)溶液浸泡，增大水凝膠材料中的離子強(qiáng)度，進(jìn)而大大提高其電導(dǎo)率，獲得的離子導(dǎo)電水凝膠具備優(yōu)異的機(jī)械性能、高電導(dǎo)率和電化學(xué)穩(wěn)定性。

30、(2)將本技術(shù)制備的離子導(dǎo)電水凝膠作為固態(tài)電解質(zhì)，用于制備電化學(xué)電極，該電化學(xué)電極克服了傳統(tǒng)電化學(xué)測(cè)試需要液態(tài)電解質(zhì)而不適用于現(xiàn)場(chǎng)涂層電化學(xué)測(cè)試的缺點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)新涂覆或在役涂層快速的電化學(xué)測(cè)試。