本發(fā)明屬于高分子復(fù)合導(dǎo)電材料領(lǐng)域，涉及一種納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電水凝膠及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

水凝膠是通過交聯(lián)反應(yīng)獲得的主鏈上含有大量的親水基團(tuán)，易被水溶脹且擁有三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)的聚合物。智能水凝膠是對(duì)外界環(huán)境的刺激具有響應(yīng)性的水凝膠，導(dǎo)電水凝膠為其中的一種。聚電解質(zhì)導(dǎo)電水凝膠因其穩(wěn)定性差，械強(qiáng)度低而逐漸被淘汰。相反，人們對(duì)擁有良好導(dǎo)電性、穩(wěn)定性及機(jī)械強(qiáng)度的導(dǎo)電高分子材料復(fù)合的導(dǎo)電水凝膠產(chǎn)生了濃厚的興趣。導(dǎo)電高分子水凝膠結(jié)合了水凝膠和導(dǎo)電高分子的良好性能，它可以體現(xiàn)不同電導(dǎo)率區(qū)間的特點(diǎn)且保證其固相的尺寸不變，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，它已經(jīng)成為很有前途的材料。組織工程材料、生物傳感器等都應(yīng)用了這個(gè)特點(diǎn)。因而，制造出擁有良好力學(xué)性能和電化學(xué)性能的導(dǎo)電水凝膠是當(dāng)下的一大熱點(diǎn)。

納米纖維素作為高聚物增強(qiáng)相的優(yōu)點(diǎn)是：第一，產(chǎn)自大自然，可以循環(huán)利用，納米纖維素質(zhì)輕，其密度僅為1.6g/cm^-3；第二，楊氏模量在110至220GPa之間，抗拉強(qiáng)度可達(dá)7.6GPa；第三，納米纖維素結(jié)晶區(qū)的存在使它的力學(xué)強(qiáng)度可高達(dá)138GPa；第四，納米纖維素長(zhǎng)度在10—1000nm之間，橫截面的尺寸在5—20nm之間，且有著巨大的比表面積。因而在化學(xué)、物理性質(zhì)方面均具有特異性；第四，生物相容性、可降解性、透光性、力學(xué)性能是其他增強(qiáng)材料無法與之相比的。

聚醋酸乙烯通過水解而形成的分子鏈上含有大量的極性羥基的水溶性聚合物稱為聚乙烯醇。因聚乙烯醇分子鏈上存在大量的羥基，可以通過物理或化學(xué)交聯(lián)形成水凝膠。納米纖維素表面含有大量羥基，在水溶性聚合物中有良好的分散性，能與聚乙烯醇分子結(jié)合從而形成牢固的氫鍵，起到納米增強(qiáng)的作用。而且，納米纖維素可以幫助聚苯胺分散的更均勻。

納米纖維素與聚乙烯醇極性相近，兩者具有良好的相容性，這一特性加大了研究納米纖維素-聚乙烯醇復(fù)合材料的意義。通過加入納米纖維素作為增強(qiáng)相，使得在保持聚乙烯醇水凝膠特性不變的同時(shí)，來提高它的力學(xué)性能有很大的研究?jī)r(jià)值。

聚苯胺由苯-醌交替的氧化形式以及苯-苯連續(xù)的還原形式組成。聚苯胺不但原料易得，易合成，而且有很多性能上的優(yōu)點(diǎn)，如經(jīng)摻雜后仍然具有較高的導(dǎo)電性，良好的化學(xué)穩(wěn)定性能和熱穩(wěn)定性能以及良好的環(huán)境穩(wěn)定性能。因而，聚苯胺材料有著廣大的應(yīng)用前景?？茖W(xué)家們還發(fā)現(xiàn)聚苯胺與聚乙烯醇合成能夠得到改性的聚苯胺納米級(jí)復(fù)合材料。它既能充分發(fā)揮納米級(jí)粒子自身的優(yōu)點(diǎn)，也可兼具其母體自身材料所具有的優(yōu)點(diǎn)。

目前市場(chǎng)上還沒有具有較好力學(xué)性能及導(dǎo)電性能的納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電水凝膠。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電水凝膠。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述復(fù)合導(dǎo)電水凝膠的制備方法。

本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供上述復(fù)合導(dǎo)電水凝膠在制備出柔性導(dǎo)電材料中的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的是通過下列技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)的：

一種納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電水凝膠，該水凝膠采用下列方法制備得到的：

a.制備納米纖維素；

b.將納米纖維素與聚苯胺混合，制備納米纖維素-聚苯胺溶液；

c.納米纖維素-聚苯胺溶液中加入交聯(lián)劑及聚乙烯醇，攪拌，形成凝膠，即得到納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電水凝膠。

所述的水凝膠，其中步驟a中納米纖維素的制備方法采用化學(xué)結(jié)合機(jī)械處理法，具體步驟為：

(1)化學(xué)處理法：

1)配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)40～60％的硫酸備用；

2)將配置好的硫酸油浴升溫穩(wěn)定至30～50℃并持續(xù)攪拌；

3)稱取漂白木漿纖維，分批加入持續(xù)攪拌的質(zhì)量分?jǐn)?shù)40～60％的硫酸溶液中；

4)反應(yīng)40～70min后，加入去離子水終止反應(yīng)，將所得懸浮液用去離子水反復(fù)洗滌，然后將懸浮液透析至中性，冷藏備用；

懸浮液透析是指將混合物倒進(jìn)透析袋中，透析袋兩邊分別用夾子夾住，放在流動(dòng)的去離子水中透析2—7天，直至懸浮液PH值達(dá)到中性；

(2)機(jī)械處理法：

取上述懸浮液，加去離子水稀釋，700～1100w功率下超聲粉碎120～200min，即制備出納米纖維素懸浮液。調(diào)節(jié)納米纖維素濃度至1.0-2.0％，冷藏備用。

由于不同功率，不同超聲時(shí)間都會(huì)影響納米纖維素的尺寸大小，而納米纖維素的尺寸大小對(duì)于凝膠材料的力學(xué)性能也有著很大的影響。

所述的水凝膠，其中步驟b中納米纖維素-聚苯胺溶液的制備方法為：

稱取聚苯胺粉末與納米纖維素懸浮液按一定質(zhì)量比例混合，高速均值儀攪拌使其分散均勻，得到納米纖維素-聚苯胺溶液。

一定質(zhì)量比例是指溶液中聚苯胺的濃度為0.1～1.0％，納米纖維素的濃度為1.0～2.0％(％指質(zhì)量百分比)。

高速均值儀攪拌時(shí)間優(yōu)選10～40min，攪拌轉(zhuǎn)速優(yōu)選6000～15000rpm。

所述的水凝膠，其中步驟c中納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電水凝膠的制備方法為：

(1)取200～400g納米纖維素-聚苯胺溶液，加入0.6～1.5g硼酸鹽交聯(lián)劑，油浴中80～100℃，機(jī)械攪拌10～50min；

(2)當(dāng)溫度穩(wěn)定在80～100℃時(shí)，加入2～10g聚乙烯醇粉末，繼續(xù)攪拌直至形成凝膠。完全冷卻后即制成納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電水凝膠。

所述納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電水凝膠的制備方法，該方法包括下列步驟：

a.制備納米纖維素；

b.將納米纖維素與聚苯胺混合，制備納米纖維素-聚苯胺溶液；

c.納米纖維素-聚苯胺溶液中加入交聯(lián)劑及聚乙烯醇，攪拌，形成凝膠，即得到納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電水凝膠。

所述的方法，其中步驟a中納米纖維素的制備方法采用化學(xué)結(jié)合機(jī)械處理法，具體步驟為：

(1)化學(xué)處理法：

1)配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)40～60％的硫酸備用；

2)將配置好的硫酸油浴升溫穩(wěn)定至30～50℃并持續(xù)攪拌；

3)稱取漂白木漿纖維，分批加入持續(xù)攪拌的質(zhì)量分?jǐn)?shù)40～60％的硫酸溶液中；

4)反應(yīng)40～70min后，加入去離子水終止反應(yīng)，將所得懸浮液用去離子水反復(fù)洗滌，然后將懸浮液透析至中性，冷藏備用；

(2)機(jī)械處理法：

取上述懸浮液，加去離子水稀釋，700～1100w功率下超聲粉碎120～200min，即制備出納米纖維素懸浮液。調(diào)節(jié)納米纖維素濃度至1.0-2.0％，冷藏備用。

所述的方法，其中步驟b中納米纖維素-聚苯胺溶液的制備方法為：

稱取聚苯胺粉末與納米纖維素懸浮液按一定質(zhì)量比例混合，高速均值儀攪拌使其分散均勻，得到納米纖維素-聚苯胺溶液。

一定質(zhì)量比例是指溶液中聚苯胺的濃度為0.1～1.0％，納米纖維素的濃度為1.0～2.0％(％指質(zhì)量百分比)。

高速均值儀攪拌時(shí)間優(yōu)選10～40min，攪拌轉(zhuǎn)速優(yōu)選6000—15000rpm。

所述的方法，其中步驟c中納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電水凝膠的制備方法為：

(1)取200～400g納米纖維素-聚苯胺溶液，加入0.6～1.5g硼酸鹽交聯(lián)劑，油浴中80～100℃，機(jī)械攪拌10～50min；

(2)當(dāng)溫度穩(wěn)定在80～100℃時(shí)，加入2～10g聚乙烯醇粉末，繼續(xù)攪拌直至形成凝膠。完全冷卻后即制成納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電水凝膠。

所述的納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電水凝膠在制備柔性導(dǎo)電材料中的應(yīng)用。

制備納米纖維素采用的漂白木漿纖維也可以用脫脂棉等其他植物纖維替代。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

(1)納米纖維素和聚乙烯醇都是無毒無味的，對(duì)環(huán)境人體無害；

(2)聚苯胺與聚乙烯醇合成能夠得到改性的聚苯胺納米級(jí)復(fù)合材料，它既能充分發(fā)揮納米級(jí)粒子自身的優(yōu)點(diǎn)，也可兼具其母體自身材料所具有的優(yōu)點(diǎn)；

(3)通過化學(xué)交聯(lián)的方法，構(gòu)建出雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠。納米纖維素成膜性好，易凝膠化，可作為與聚苯胺導(dǎo)電復(fù)合材料的基材或骨架支撐，起到網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)作用；加入聚苯胺，形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。

附圖說明

圖1是實(shí)施例2、3、5、6水凝膠的應(yīng)力—應(yīng)變圖。

圖2是實(shí)施例4冷凍干燥后氣凝膠的掃描電鏡分析圖。

圖3是納米纖維素(a)、聚乙烯醇水凝膠(b)、納米纖維素-聚乙烯醇水凝膠(c)、聚苯胺(d)、實(shí)施例4的納米纖維素-聚苯胺復(fù)合物(e)和實(shí)施例4的復(fù)合導(dǎo)電水凝膠(f)的紅外光譜圖。

圖4是聚乙烯醇水凝膠(PB)(聚乙烯醇縮寫是PVA，交聯(lián)劑硼砂的英文名稱是Borax，本發(fā)明取開頭兩個(gè)字母表示聚乙烯醇水凝膠)、納米纖維素-聚乙烯醇水凝膠(PB-CNF)和實(shí)施例4(PB-CNF-PAN)的X射線衍射圖。

圖5是實(shí)施例5的導(dǎo)電實(shí)物圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本發(fā)明所限定的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1：

步驟一：纖維素通過化學(xué)結(jié)合機(jī)械處理法制備成納米纖維素，其具體方法步驟包括：

(1)化學(xué)處理法：

1)向燒杯中加入204g去離子水，稱取196g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98％的濃硫酸，濃硫酸用玻璃棒引流緩慢加入到去離子水中，磁力攪拌12h，冷卻至室溫，即配制400g質(zhì)量分?jǐn)?shù)48％的硫酸備用；

2)取400g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為48％的硫酸油浴升溫穩(wěn)定至44～45℃，并持續(xù)攪拌；

3)稱取20g漂白木漿纖維，分批加入持續(xù)攪拌的400g質(zhì)量分?jǐn)?shù)48％的硫酸溶液中；

4)反應(yīng)一個(gè)小時(shí)后，加入大量的去離子水終止反應(yīng)。將所得到的懸浮液用去離子水反復(fù)洗滌，將懸浮液倒進(jìn)透析袋中，透析袋兩邊分別用夾子夾住，放在流動(dòng)的去離子水中透析3天，直至懸浮液PH值達(dá)到7，由此得到的懸浮液，1℃冷藏備用；

(2)機(jī)械處理法：

取150ml上述懸浮液，加去離子水稀釋至500ml，用細(xì)胞粉碎機(jī)在900w功率下超聲粉碎150min，在超聲過程中為了防止納米纖維素過熱，要使超聲的纖維素懸浮液燒杯放置在裝有冰塊的大燒杯中。將超聲后的懸浮液即納米纖維素懸浮液濃度調(diào)節(jié)至1.0％，1℃冷藏備用。

步驟二，納米纖維素懸浮液中引入聚苯胺，得到納米纖維素-聚苯胺溶液，其具體方法步驟包括：

稱取聚苯胺粉末與納米纖維素懸浮液按一定質(zhì)量比例混合，聚苯胺的濃度為0.1％，纖維素的濃度為2.0％，高速均值儀攪拌20min，轉(zhuǎn)速為8000—13000rpm，最終使其分散均勻，得到納米纖維素-聚苯胺溶液；

步驟三，化學(xué)交聯(lián)聚乙烯醇，制備得到納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電水凝膠，其具體方法步驟包括：

(1)取250g納米纖維素-聚苯胺溶液，加入1g硼酸鹽交聯(lián)劑(硼砂，下同)，油浴中90℃機(jī)械攪拌30min；

(2)當(dāng)溫度穩(wěn)定在90℃時(shí)，加入5g聚乙烯醇粉末，繼續(xù)攪拌直至形成凝膠。完全冷卻后即制成納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電水凝膠。

實(shí)施例2

步驟一：纖維素通過化學(xué)結(jié)合機(jī)械處理法制備成納米纖維素，其具體方法步驟包括：

(1)化學(xué)處理法：

1)向燒杯中加入204g去離子水，稱取196g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98％的濃硫酸，濃硫酸用玻璃棒引流緩慢加入到去離子水中，磁力攪拌12h，冷卻至室溫，即配制400g質(zhì)量分?jǐn)?shù)48％的硫酸備用；

2)取400g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為48％的硫酸油浴升溫穩(wěn)定至44—45℃，并持續(xù)攪拌；

3)稱取20g漂白木漿纖維，分批加入持續(xù)攪拌的400g質(zhì)量分?jǐn)?shù)48％的硫酸溶液中；

4)反應(yīng)一個(gè)小時(shí)后，加入大量的去離子水終止反應(yīng)。將所得到的懸浮液用去離子水反復(fù)洗滌，將懸浮液倒進(jìn)透析袋中，透析袋兩邊分別用夾子夾住，放在流動(dòng)的去離子水中透析3天，直至懸浮液PH值達(dá)到7，由此得到的懸浮液，1℃冷藏備用；

(2)機(jī)械處理法：

取150ml上述懸浮液，加去離子水稀釋至500ml，用細(xì)胞粉碎機(jī)在900w功率下超聲粉碎150min，在超聲過程中為了防止納米纖維素過熱，要使超聲的纖維素懸浮液燒杯放置在裝有冰塊的大燒杯中。將超聲后的懸浮液即納米纖維素懸浮液濃度調(diào)節(jié)至1.0％，1℃冷藏備用。

步驟二，納米纖維素懸浮液中引入聚苯胺，得到納米纖維素-聚苯胺溶液，其具體方法步驟包括：

稱取聚苯胺粉末與納米纖維素懸浮液按一定質(zhì)量比例混合，聚苯胺的濃度為0.5％，纖維素的濃度為2.0％，高速均值儀攪拌20min，轉(zhuǎn)速為8000—13000rpm，最終使其分散均勻，得到納米纖維素-聚苯胺溶液；

步驟三，化學(xué)交聯(lián)聚乙烯醇，制備得到納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電水凝膠，其具體方法步驟包括：

(1)取250g納米纖維素-聚苯胺溶液，加入1g硼酸鹽交聯(lián)劑，油浴中90℃機(jī)械攪拌30min；

(2)當(dāng)溫度穩(wěn)定在90℃時(shí)，加入5g聚乙烯醇粉末，繼續(xù)攪拌直至形成凝膠。完全冷卻后即制成納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電水凝膠。

實(shí)施例3

步驟一：纖維素通過化學(xué)結(jié)合機(jī)械處理法制備成納米纖維素，其具體方法步驟包括：

(1)化學(xué)處理法：

1)向燒杯中加入204g去離子水，稱取196g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98％的濃硫酸，濃硫酸用玻璃棒引流緩慢加入到去離子水中，磁力攪拌12h，冷卻至室溫，即配制400g質(zhì)量分?jǐn)?shù)48％的硫酸備用；

2)取400g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為48％的硫酸油浴升溫穩(wěn)定至44—45℃，并持續(xù)攪拌；

3)稱取20g漂白木漿纖維，分批加入持續(xù)攪拌的400g質(zhì)量分?jǐn)?shù)48％的硫酸溶液中；

4)反應(yīng)一個(gè)小時(shí)后，加入大量的去離子水終止反應(yīng)。將所得到的懸浮液用去離子水反復(fù)洗滌，將懸浮液倒進(jìn)透析袋中，透析袋兩邊分別用夾子夾住，放在流動(dòng)的去離子水中透析3天，直至懸浮液PH值達(dá)到7，由此得到的懸浮液，1℃冷藏備用；

(2)機(jī)械處理法：

取150ml上述懸浮液，加去離子水稀釋至500ml，用細(xì)胞粉碎機(jī)在900w功率下超聲粉碎150min，在超聲過程中為了防止納米纖維素過熱，要使超聲的纖維素懸浮液燒杯放置在裝有冰塊的大燒杯中。將超聲后的懸浮液即納米纖維素懸浮液濃度調(diào)節(jié)至1.0％，1℃冷藏備用。

步驟二，納米纖維素懸浮液中引入聚苯胺，得到納米纖維素-聚苯胺溶液，其具體方法步驟包括：

稱取聚苯胺粉末與納米纖維素懸浮液按一定質(zhì)量比例混合，聚苯胺的濃度為1.0％，纖維素的濃度為2.0％，高速均值儀攪拌20min，轉(zhuǎn)速為8000—13000rpm，最終使其分散均勻，得到納米纖維素-聚苯胺溶液；

步驟三，化學(xué)交聯(lián)聚乙烯醇，制備得到納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電水凝膠，其具體方法步驟包括：

(1)取250g納米纖維素-聚苯胺溶液，加入1g硼酸鹽交聯(lián)劑，油浴中90℃機(jī)械攪拌30min；

(2)當(dāng)溫度穩(wěn)定在90℃時(shí)，加入5g聚乙烯醇粉末，繼續(xù)攪拌直至形成凝膠。完全冷卻后即制成納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電水凝膠。

實(shí)施例4

步驟一：纖維素通過化學(xué)結(jié)合機(jī)械處理法制備成納米纖維素，其具體方法步驟包括：

(1)化學(xué)處理法：

1)向燒杯中加入204g去離子水，稱取196g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98％的濃硫酸，濃硫酸用玻璃棒引流緩慢加入到去離子水中，磁力攪拌12h，冷卻至室溫，即配制400g質(zhì)量分?jǐn)?shù)48％的硫酸備用；

2)取400g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為48％的硫酸油浴升溫穩(wěn)定至44—45℃，并持續(xù)攪拌；

3)稱取20g漂白木漿纖維，分批加入持續(xù)攪拌的400g質(zhì)量分?jǐn)?shù)48％的硫酸溶液中；

4)反應(yīng)一個(gè)小時(shí)后，加入大量的去離子水終止反應(yīng)。將所得到的懸浮液用去離子水反復(fù)洗滌，將懸浮液倒進(jìn)透析袋中，透析袋兩邊分別用夾子夾住，放在流動(dòng)的去離子水中透析3天，直至懸浮液PH值達(dá)到7，由此得到的懸浮液，1℃冷藏備用；

(2)機(jī)械處理法：

取150ml上述懸浮液，加去離子水稀釋至500ml，用細(xì)胞粉碎機(jī)在900w功率下超聲粉碎150min，在超聲過程中為了防止納米纖維素過熱，要使超聲的纖維素懸浮液燒杯放置在裝有冰塊的大燒杯中。將超聲后的懸浮液即納米纖維素懸浮液濃度調(diào)節(jié)至1.0％，1℃冷藏備用。

步驟二，納米纖維素懸浮液中引入聚苯胺，得到納米纖維素-聚苯胺溶液，其具體方法步驟包括：

稱取聚苯胺粉末與納米纖維素懸浮液按一定質(zhì)量比例混合，聚苯胺的濃度為0.5％，纖維素的濃度為1.5％，高速均值儀攪拌20min，轉(zhuǎn)速為8000—13000rpm，最終使其分散均勻，得到納米纖維素-聚苯胺溶液；

步驟三，化學(xué)交聯(lián)聚乙烯醇，制備得到納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電水凝膠，其具體方法步驟包括：

(1)取250g納米纖維素-聚苯胺溶液，加入1g硼酸鹽交聯(lián)劑，油浴中90℃機(jī)械攪拌30min；

(2)當(dāng)溫度穩(wěn)定在90℃時(shí)，加入5g聚乙烯醇粉末，繼續(xù)攪拌直至形成凝膠。完全冷卻后即制成納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電水凝膠。

實(shí)施例5

步驟一：纖維素通過化學(xué)結(jié)合機(jī)械處理法制備成納米纖維素，其具體方法步驟包括：

(1)化學(xué)處理法：

1)向燒杯中加入204g去離子水，稱取196g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98％的濃硫酸，濃硫酸用玻璃棒引流緩慢加入到去離子水中，磁力攪拌12h，冷卻至室溫，即配制400g質(zhì)量分?jǐn)?shù)48％的硫酸備用；

2)取400g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為48％的硫酸油浴升溫穩(wěn)定至44—45℃，并持續(xù)攪拌；

3)稱取20g漂白木漿纖維，分批加入持續(xù)攪拌的400g質(zhì)量分?jǐn)?shù)48％的硫酸溶液中；

4)反應(yīng)一個(gè)小時(shí)后，加入大量的去離子水終止反應(yīng)。將所得到的懸浮液用去離子水反復(fù)洗滌，將懸浮液倒進(jìn)透析袋中，透析袋兩邊分別用夾子夾住，放在流動(dòng)的去離子水中透析3天，直至懸浮液PH值達(dá)到7，由此得到的懸浮液，1℃冷藏備用；

(2)機(jī)械處理法：

取150ml上述懸浮液，加去離子水稀釋至500ml，用細(xì)胞粉碎機(jī)在900w功率下超聲粉碎150min，在超聲過程中為了防止納米纖維素過熱，要使超聲的纖維素懸浮液燒杯放置在裝有冰塊的大燒杯中。將超聲后的懸浮液即納米纖維素懸浮液濃度調(diào)節(jié)至1.0％，1℃冷藏備用。

步驟二，納米纖維素懸浮液中引入聚苯胺，得到納米纖維素-聚苯胺溶液，其具體方法步驟包括：

稱取聚苯胺粉末與納米纖維素懸浮液按一定質(zhì)量比例混合，聚苯胺的濃度為1.0％，纖維素的濃度為1.5％，高速均值儀攪拌20min，轉(zhuǎn)速為8000—13000rpm，最終使其分散均勻，得到納米纖維素-聚苯胺溶液；

步驟三，化學(xué)交聯(lián)聚乙烯醇，制備得到納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電水凝膠，其具體方法步驟包括：

(1)取250g納米纖維素-聚苯胺溶液，加入1g硼酸鹽交聯(lián)劑，油浴中90℃機(jī)械攪拌30min；

(2)當(dāng)溫度穩(wěn)定在90℃時(shí)，加入5g聚乙烯醇粉末，繼續(xù)攪拌直至形成凝膠。完全冷卻后即制成納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電水凝膠。

實(shí)施例6

步驟一：纖維素通過化學(xué)結(jié)合機(jī)械處理法制備成納米纖維素，其具體方法步驟包括：

(1)化學(xué)處理法：

1)向燒杯中加入204g去離子水，稱取196g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98％的濃硫酸，濃硫酸用玻璃棒引流緩慢加入到去離子水中，磁力攪拌12h，冷卻至室溫，即配制400g質(zhì)量分?jǐn)?shù)48％的硫酸備用；

2)取400g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為48％的硫酸油浴升溫穩(wěn)定至44—45℃，并持續(xù)攪拌；

3)稱取20g漂白木漿纖維，分批加入持續(xù)攪拌的400g質(zhì)量分?jǐn)?shù)48％的硫酸溶液中；

4)反應(yīng)一個(gè)小時(shí)后，加入大量的去離子水終止反應(yīng)。將所得到的懸浮液用去離子水反復(fù)洗滌，將懸浮液倒進(jìn)透析袋中，透析袋兩邊分別用夾子夾住，放在流動(dòng)的去離子水中透析3天，直至懸浮液PH值達(dá)到7，由此得到的懸浮液，1℃冷藏備用；

(2)機(jī)械處理法：

取150ml上述懸浮液，加去離子水稀釋至500ml，用細(xì)胞粉碎機(jī)在900w功率下超聲粉碎150min，在超聲過程中為了防止納米纖維素過熱，要使超聲的纖維素懸浮液燒杯放置在裝有冰塊的大燒杯中。將超聲后的懸浮液即納米纖維素懸浮液濃度調(diào)節(jié)至1.0％，1℃冷藏備用。

步驟二，納米纖維素懸浮液中引入聚苯胺，得到納米纖維素-聚苯胺溶液，其具體方法步驟包括：

稱取聚苯胺粉末與納米纖維素懸浮液按一定質(zhì)量比例混合，聚苯胺的濃度為0.5％，纖維素的濃度為1.0％，高速均值儀攪拌20min，轉(zhuǎn)速為8000—13000rpm，最終使其分散均勻，得到納米纖維素-聚苯胺溶液；

步驟三，化學(xué)交聯(lián)聚乙烯醇，制備得到納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電水凝膠，其具體方法步驟包括：

(1)取250g納米纖維素-聚苯胺溶液，加入1g硼酸鹽交聯(lián)劑，油浴中90℃機(jī)械攪拌30min；

(2)當(dāng)溫度穩(wěn)定在90℃時(shí)，加入5g聚乙烯醇粉末，繼續(xù)攪拌直至形成凝膠。完全冷卻后即制成納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電水凝膠。

用于對(duì)照的聚乙烯醇水凝膠(PB)則不加納米纖維素和聚苯胺，制備步驟：

250g水中加入1g硼砂油浴中90℃機(jī)械攪拌20min，加5g聚乙烯醇粉末，繼續(xù)攪拌直至形成凝膠。

用于對(duì)照的納米纖維素-聚乙烯醇水凝膠(PB-CNF)則不加聚苯胺，制備步驟：

250g納米纖維素懸浮液(濃度1.0％)中加入1g硼砂油浴中90℃機(jī)械攪拌20min，加5g聚乙烯醇粉末，繼續(xù)攪拌直至形成凝膠。

表1中可以看出納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇導(dǎo)電復(fù)合水凝膠的密度均在1.0g/cm³以上，平均含水率約為92.52％；圖1表明納米纖維素的加入顯著提高了納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電水凝膠的強(qiáng)度，承受最大應(yīng)力可達(dá)7KPa；圖2是納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇導(dǎo)電復(fù)合水凝膠冷凍干燥形成氣凝膠的電鏡圖，可以看出氣凝膠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈致密且均一的蜂窩狀交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，細(xì)胞孔隙直徑約為581nm±0.5nm。納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電水凝膠有高度穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)；圖3，表2和圖5表明納米纖維素和聚苯胺的聚合沒有破壞聚苯胺本身的共軛結(jié)構(gòu)，聚苯胺保持了其良好的導(dǎo)電性，納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電水凝膠導(dǎo)電率可達(dá)7.0×10^—1S/m；圖4的XRD圖說明納米纖維素的加入，提高了納米纖維素-聚苯胺-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電水凝膠的結(jié)晶度，同時(shí)力學(xué)強(qiáng)度增強(qiáng)。

表1是實(shí)施例1—6水凝膠的密度及含水率

表2是實(shí)施例1—6的電導(dǎo)率列表