CN114479118A - 一种基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶及其制备方法与应用 - Google Patents

一种基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶及其制备方法与应用 Download PDF

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付浩成
王斌
陈克复
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Abstract

本发明公开了一种基于纳米纤维素‑聚丙烯酰胺‑金属离子的导电水凝胶及其制备方法与应用。该方法包括如下步骤：(1)将充分疏解后的纤维素浆料采用TEMPO氧化进行预处理，得到TEMPO‑纳米纤维素；然后将高碘酸钠加入到TEMPO‑纳米纤维素中，避光反应得到含有羧基和醛基的DATNFC‑TNFC；(2)导在加热搅拌条件下，将含有羧基和醛基的DATNFC‑TNFC、聚丙烯酰胺和金属离子均匀混合，然后加入光引发剂后在紫外光照射下进行反应，待反应结束后冷却成型，得到所述的导电水凝胶。本发明方法制备的导电水凝胶具有优异的自愈合性能、机械性能和传感性能，可用于可穿戴式传感器器件。

Description

一种基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶及 其制备方法与应用
技术领域
本发明属于传感器技术领域，特别涉及一种基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶及其制备方法与应用。
背景技术
随着智能电子设备的不断发展，具有优异的可降解性、生物相容性和传感性能的可穿戴式聚合物传感器在生物电接口、人工组织和电子皮肤等领域引起了广泛关注。可穿戴式聚合物传感器主要是利用传感元件在外力作用下的几何变形转化为电信号，从中检测物理变量。在机械传感器的研究中，采用导电水凝胶作为传感元件，将导电填掺入水凝胶基体中制成传感元件。然而，具有稳定结构，优异传感性能和快速响应导电水凝胶的研究仍处于发展阶段。
天然聚合物，如明胶、丙烯酰胺、聚乙烯醇、壳聚糖和海藻酸钠，它们对聚合物水凝胶具有显著的亲和力，是制备水凝胶的常见材料。但是此类聚合物制得的水凝胶强度较差，难以满足应用要求。纳米纤维纤维素(NFC)因其机械性能引起人们的极大关注，羟基的存在使其具有良好的生物相容性。目前，基于纳米纤维素已经开发出一系列聚合物水凝胶。然而，含有羧基和醛基的纳米纤维素对水凝胶的增强作用仍不明确。
申请公布号为CN111189566A的中国专利公开了一种基于自组装纤维素纳米晶的压力传感器及其制备方法，该方法通过将纤维素纳米晶与水凝胶单体混合，加入交联剂和引发剂，在紫外光照射下得到复合水凝胶。专利号为CN201811611113.X的中国专利公开了一种TEMPO纳米纤维素-聚丙烯酸凝胶的制备方法，该方法将混合后的TEMPO纳米纤维素悬浮液与碳纳米材料分散液加入到聚丙烯酸水溶液中，加入交联剂后得到复合水凝胶。申请公布号为CN112175232A的中国专利公开了一种基于纳米纤维素-石墨烯-聚乙烯醇-聚乙二胺的导电水凝胶的制备方法，该方法将TEMPO氧化纳米纤维素与石墨烯复合，加入聚乙二醇和聚乙二胺混合液中得到基于纳米纤维素-石墨烯-聚乙烯醇-聚乙二胺的导电水凝胶。研究人员利用高碘酸钠氧化纤维素C2、C3位的羟基，得到含有醛基的纳米纤维素，将其与明胶混合后改善了纯明胶水凝胶的机械性能[Liu,Q.；Liu,J.；Qin,S.；Pei,Y.；Zheng,X.；Tang,K.,High mechanical strength gelatin composite hydrogels reinforced bycellulose nanofibrils with unique beads-on-a-string morphology.Int J BiolMacromol 2020,164,1776-1784]。通过将紫外引发剂、聚丙烯酰胺、NFC与NaCl混合，在紫外光引发下得到导电水凝胶[Wei,Y.；Xiang,L.；Zhu,P.；Qian,Y.；Zhao,B.；Chen,G.,Multifunctional Organohydrogel-Based Ionic Skin for Capacitance andTemperature Sensing toward Intelligent Skin-like Devices.Chemistry ofMaterials 2021,33(22),8623-8634]。虽然上述专利通过添加纳米纤维素的方法提高了水凝胶的性能，但是此类聚合物仅利用了纳米纤维素C6位上的羧基或C2、C3位的醛基，羧基和醛基的协同作用对水凝胶性能影响的研究仍不完善。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶的制备方法。
本发明的另一目的在于提供所述方法制备得到的基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶。
本发明的再一目的在于提供所述基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶的制备方法，在搅拌和光引发剂作用下，将聚丙烯酰胺和金属离子接枝在含有羧基和醛基的纳米纤维素上，具体包括如下步骤：
(1)纳米纤维素悬浮液的制备：将纤维素浆料加入到水中，利用机械疏解后加入2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基(TEMPO)和NaBr，再加入次氯酸钠溶液，通过加入碱性溶液使反应的pH值维持在10.0，反应后加入无水乙醇终止反应，再进行高压均质处理(机械分丝处理)，得到TEMPO-纳米纤维素(TNFC)；将高碘酸钠加入到TEMPO-纳米纤维素中，避光反应，得到含有羧基和醛基的DATNFC-TNFC(DATNFC)；
(2)导电水凝胶的制备：在加热搅拌条件下，将步骤(1)得到的含有羧基和醛基的DATNFC-TNFC、聚丙烯酰胺和金属离子均匀混合，然后加入光引发剂后在紫外光照射下进行反应，待反应结束后冷却成型，得到复合水凝胶，即基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶。
步骤(1)中所述的纤维素浆料为木浆；优选为漂白木浆；更优选为漂白针叶木浆。
步骤(1)中所述的纤维素浆料的用量为按每克水配比0.1～0.3g纤维素浆料计算；优选为按每克水配比0.3g纤维素浆料计算。
步骤(1)中所述的机械疏解为采用打浆机进行机械疏解。
步骤(1)中所述的机械疏解的时间为5～10min；优选为6min。
步骤(1)中所述的纤维素浆料、2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基和NaBr的质量比为(10～30)：(0.16～0.48)：(1～3)；优选为30：0.48：3。
步骤(1)中所述的次氯酸钠的用量为按每克纤维素浆料配比5～20mmol次氯酸钠计算；优选为按每克纤维素浆料配比13.5mmol次氯酸钠计算。
步骤(1)中所述的次氯酸钠溶液中的有效氯含量为194.3g/L。
步骤(1)中所述的碱性溶液为NaOH溶液；优选为1mol/L的NaOH溶液。
步骤(1)中所述的反应的条件为：60±5℃下避光反应1～4h；优选为：60℃下避光反应3h。
步骤(1)中所述的无水乙醇与水的体积比为0.4～0.6:1；优选为0.5：1。
步骤(1)中所述的高压均质的条件为：压力60～100bar，均质次数1～10次；优选为：压力90bar，均质次数10次。
步骤(1)中所述的高碘酸钠和TEMPO-纳米纤维素的质量比1～3:1；优选为1.5～2:1。
步骤(1)中所述的避光反应的时间为1～8h；优选为3h。
步骤(2)中所述的含有羧基和醛基的DATNFC-TNFC和聚丙烯酰胺的质量比为(2～20):100；优选为10:100。
步骤(2)中所述的金属离子为Fe3+，Al3+、Zn2+和Na+中的任意一种或几种；优选为Fe3 +。
步骤(2)中所述的金属离子与聚丙烯酰胺的摩尔比为(0.02～1.00)：1；优选为0.06：1。
步骤(2)中所述的光引发剂包括光引发剂651，光引发剂907和光引发剂2929中的任意一种；优选为光引发剂2929。
步骤(2)中所述的光引发剂与聚丙烯酰胺的摩尔比为(0.02～1.00)：1；优选为0.02：1。
步骤(2)中所述的紫外光照射的条件为：紫外灯功率20～250W，紫外光波长200～400nm；优选为：紫外灯功率250W，紫外光波长365nm。
步骤(2)中所述的反应的时间为1～2h；优选为1h。
一种基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶，通过上述任一项所述的方法制备得到。
所述的基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶在传感器领域中的应用。
所述的传感器为可穿戴式聚合物传感器。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
本发明采用一步法制备了一种基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶，过程简单易操作，该纳米纤维素的羧基、醛基与丙烯酰胺的氨基形成的席夫碱结构、金属离子与纳米纤维素羧基形成的金属配位键以及复杂的氢键形成了稳定的网络结构，赋予水凝胶优异的自愈合性能、机械性能和传感性能，可用于可穿戴式传感器器件。
附图说明
图1是本发明中的基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶的制备方法流程图。
图2是本发明中的基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶的抗拉强度图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。下列实施例中未注明具体实验条件的试验方法，通常按照常规实验条件。除非特别说明，本发明所用试剂和原材料均可通过市售获得。本发明实施例中涉及的漂白针叶木浆购自湖北化纤集团有限公司。
实施例1
一种基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶的制备方法(流程见图1)，包括以下步骤：
(1)纳米纤维素悬浮液的制备：取30g漂白针叶木浆加入到100g水中，利用瓦利打浆机在不挂重物条件下处理6min，然后往纤维素悬浮液中加入0.48g 2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基(TEMPO)和3g NaBr，在搅拌状态下向混合悬浮液中加入次氯酸钠溶液(次氯酸钠的用量按13.5mmol/g纤维素添加，次氯酸钠中有效氯含量为194.3g/L)，通过加入1M NaOH使反应的pH值维持在10.0，反应1h后加入50mL无水乙醇终止反应得到纤维素悬浮液，利用高压均质机在90bar压力下均质10次后得到含有羧基的TEMPO-纳米纤维素(TNFC)；取15g高碘酸钠加入10g(绝干)TNFC中，60℃条件下避光反应3h得到含有羧基和醛基的DATNFC-TNFC(DATNFC)。
(2)导电水凝胶的制备：取10g聚丙烯酰胺(PAAm)，10wt％(重量比，基于聚丙烯酰胺)DATNFC(即DATNFC的用量占聚丙烯酰胺重量的10％)与0.02mol％(摩尔比，基于聚丙烯酰胺)的FeCl3(即FeCl3的添加量为占聚丙烯酰胺摩尔量的0.02％)，在60℃、300rpm搅拌条件下均匀混合后，再加入占聚丙烯酰胺0.2mol％(摩尔比)光引发剂2959(即光引发剂的添加量为占聚丙烯酰胺摩尔量的0.02％)，在功率为250W，波长为365nm的紫外灯照射条件下反应1h，冷却成型后得到复合水凝胶(DATNFC/PAAm)。
实施例2
一种基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)纳米纤维素悬浮液的制备：取30g漂白针叶木浆加入到100g水中，利用瓦利打浆机在不挂重物条件下处理6min，然后往纤维素悬浮液中加入0.48g 2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基(TEMPO)和3g NaBr，在搅拌状态下向混合悬浮液中加入次氯酸钠溶液(次氯酸钠的用量按13.5mmol/g纤维素添加，次氯酸钠中有效氯含量为194.3g/L)，通过加入1M NaOH使反应的pH值维持在10.0，反应1h后加入50mL无水乙醇终止反应得到纤维素悬浮液，利用高压均质机在90bar压力下均质10次后得到含有羧基的TEMPO-纳米纤维素(TNFC)；取15g高碘酸钠加入10g(绝干)TNFC中，60℃条件下避光反应3h后得到含有羧基和醛基的DATNFC-TNFC(DATNFC)。
(2)导电水凝胶的制备：取10g聚丙烯酰胺(PAAm)、10wt％(基于聚丙烯酰胺)DATNFC与0.06mol％(摩尔比，基于聚丙烯酰胺)的FeCl3，在60℃、300rpm搅拌条件下均匀混合后，再加入0.2mol％(摩尔比，基于聚丙烯酰胺)光引发剂2959，在功率为250W，波长为365nm的紫外灯照射条件下反应1h，冷却成型后得到复合水凝胶(DATNFC/PAAm)。
实施例3
一种基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)纳米纤维素悬浮液的制备：取30g漂白针叶木浆加入到100g水中，利用瓦利打浆机在不挂重物条件下处理6min，然后往纤维素悬浮液中加入0.48g 2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基(TEMPO)和3g NaBr，在搅拌状态下向混合悬浮液中加入次氯酸钠溶液(次氯酸钠的用量按13.5mmol/g纤维素添加，次氯酸钠中有效氯含量为194.3g/L)，通过加入1M NaOH使反应的pH值维持在10.0，反应1h后加入50mL无水乙醇终止反应得到纤维素悬浮液，利用高压均质机在90bar压力下均质10次后得到含有羧基的TEMPO-纳米纤维素(TNFC)；取15g高碘酸钠加入10g(绝干)TNFC中，60℃条件下避光反应3h后得到含有羧基和醛基的DATNFC-TNFC(DATNFC)。
(2)导电水凝胶的制备：取10g聚丙烯酰胺(PAAm)、10wt％(基于聚丙烯酰胺)DATNFC与0.08mol％(摩尔比，基于聚丙烯酰胺)的FeCl3，在60℃、300rpm搅拌条件下均匀混合后，再加入0.2mol％(摩尔比，基于聚丙烯酰胺)光引发剂2959，在功率为250W，波长为365nm的紫外灯照射条件下反应1h，冷却成型后得到复合水凝胶(DATNFC/PAAm)。
实施例4
一种基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)纳米纤维素悬浮液的制备：取30g漂白针叶木浆加入到100g水中，利用瓦利打浆机在不挂重物条件下处理6min，然后往纤维素悬浮液中加入0.48g 2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基(TEMPO)和3g NaBr，在搅拌状态下向混合悬浮液中加入次氯酸钠溶液(次氯酸钠的用量按13.5mmol/g纤维素添加，次氯酸钠中有效氯含量为194.3g/L)，通过加入1M NaOH使反应的pH值维持在10.0，反应1h后加入50mL无水乙醇终止反应得到纤维素悬浮液，利用高压均质机在90bar压力下均质10次后得到含有羧基的TEMPO-纳米纤维素(TNFC)；取15g高碘酸钠加入10g(绝干)TNFC中，60℃条件下避光反应6h后得到含有羧基和醛基的DATNFC-TNFC(DATNFC)。
(2)导电水凝胶的制备：取10g聚丙烯酰胺(PAAm)、10wt％(基于聚丙烯酰胺)DATNFC与0.10mol％(摩尔比，基于聚丙烯酰胺)的FeCl3，在60℃、300rpm搅拌条件下均匀混合后，再加入0.2mol％(摩尔比，基于聚丙烯酰胺)光引发剂2959，在功率为250W，波长为365nm的紫外灯照射条件下反应1h，冷却成型后得到复合水凝胶(DATNFC/PAAm)。
实施例5
一种基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)纳米纤维素悬浮液的制备：取30g漂白针叶木浆加入到100g水中，利用瓦利打浆机在不挂重物条件下处理6min，然后往纤维素悬浮液中加入0.48g 2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基(TEMPO)和3g NaBr，在搅拌状态下向混合悬浮液中加入次氯酸钠溶液(次氯酸钠的用量按13.5mmol/g纤维素添加，次氯酸钠中有效氯含量为194.3g/L)，通过加入1M NaOH使反应的pH值维持在10.0，反应1h后加入50mL无水乙醇终止反应得到纤维素悬浮液，利用高压均质机在90bar压力下均质10次后得到含有羧基的TEMPO-纳米纤维素(TNFC)；取20g高碘酸钠加入10g(绝干)TNFC中，60℃条件下避光反应6h后得到含有羧基和醛基的DATNFC-TNFC(DATNFC)。
(2)导电水凝胶的制备：取10g聚丙烯酰胺(PAAm)、10wt％(基于聚丙烯酰胺)DATNFC与0.06mol％(摩尔比，基于聚丙烯酰胺)的FeCl3，在60℃、300rpm搅拌条件下均匀混合后，再加入0.2mol％(摩尔比，基于聚丙烯酰胺)光引发剂2959，在功率为250W，波长为365nm的紫外灯照射条件下反应1h，冷却成型后得到复合水凝胶(DATNFC/PAAm)。
实施例6
一种基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)纳米纤维素悬浮液的制备：取30g漂白针叶木浆加入到100g水中，利用瓦利打浆机在不挂重物条件下处理6min，然后往纤维素悬浮液中加入0.48g 2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基(TEMPO)和3g NaBr，在搅拌状态下向混合悬浮液中加入次氯酸钠溶液(次氯酸钠的用量按13.5mmol/g纤维素添加，次氯酸钠中有效氯含量为194.3g/L)，通过加入1M NaOH使反应的pH值维持在10.0，反应1h后加入50mL无水乙醇终止反应得到纤维素悬浮液，利用高压均质机在90bar压力下均质10次后得到含有羧基的TEMPO-纳米纤维素(TNFC)；取25g高碘酸钠加入10g(绝干)TNFC中，60℃条件下避光反应8h后得到含有羧基和醛基的DATNFC-TNFC(DATNFC)。
(2)导电水凝胶的制备：取10g聚丙烯酰胺(PAAm)、10wt％(基于聚丙烯酰胺)DATNFC与0.08mol％(摩尔比，基于聚丙烯酰胺)的FeCl3，在60℃、300rpm搅拌条件下均匀混合后，再加入0.2mol％(摩尔比，基于聚丙烯酰胺)光引发剂2959，在功率为250W，波长为365nm的紫外灯照射条件下反应1h，冷却成型后得到复合水凝胶(DATNFC/PAAm)。
对比例1
一种基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)纳米纤维素悬浮液的制备：取30g漂白针叶木浆加入到100g水中，利用瓦利打浆机在不挂重物条件下处理6min，然后往纤维素悬浮液中加入0.48g 2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基(TEMPO)和3g NaBr，在搅拌状态下向混合悬浮液中加入次氯酸钠溶液(次氯酸钠的用量按13.5mmol/g纤维素添加，次氯酸钠中有效氯含量为194.3g/L)，通过加入1M NaOH使反应的pH值维持在10.0，反应1h后加入50mL无水乙醇终止反应得到纤维素悬浮液，利用高压均质机在90bar压力下均质10次后得到含有羧基的TEMPO-纳米纤维素(TNFC)。
(2)导电水凝胶的制备：在加热搅拌条件下，取10g聚丙烯酰胺、10wt％(基于聚丙烯酰胺)的TNFC与0.06mol％(摩尔比，基于聚丙烯酰胺)的FeCl3，均匀混合后，加入0.2mol％(摩尔比，基于聚丙烯酰胺)光引发剂2959，在功率为250W，波长为365nm的紫外灯照射条件下反应1h，冷却成型后得到复合水凝胶(TNFC/PAAm)。
对比例2
一种基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)纳米纤维素悬浮液的制备：取30g漂白针叶木浆加入到100g水中，利用瓦利打浆机在不挂重物条件下处理6min得到纤维素悬浮液，然后取10g(绝干)纤维素，加入15g高碘酸钠，避光反应3h后得到含有醛基的纤维素悬浮液，高压均质10次后得到双醛纳米纤维素悬浮液(DANFC)。
(2)导电水凝胶的制备：在加热搅拌条件下，取10g聚丙烯酰胺、10wt％(基于聚丙烯酰胺)纳米纤维素与0.06mol％(摩尔比，基于聚丙烯酰胺)的FeCl3，均匀混合后，加入0.2mol％(摩尔比，基于聚丙烯酰胺)光引发剂2959，在功率为250W，波长为365nm的紫外灯照射条件下反应1h，冷却成型后得到复合水凝胶(DANFC/PAAm)。
效果实施例
将实施例5以及对比例1、对比例2所制备的复合水凝胶(FeCl3含量为0.06mol％，摩尔比，基于聚丙烯)分别先裁成长7cm，宽1cm的长方形条，然后在10mm/min的速度下利用拉伸压缩材料试验机(INSTRON 5565)测试其机械强度(抗拉强度)。
结果如图2所示：从图中可以看到仅含有醛基的纳米纤维素(DANFC)、仅含有羧基的纳米纤维素(TNFC)和含有两种基团的DATNFC与PAAm复合时所得导电水凝胶的抗拉强度逐渐上升。结果表明，利用本发明提供的方法制得的导电水凝胶具有优异的拉伸强度。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)纳米纤维素悬浮液的制备：将纤维素浆料加入到水中，利用机械疏解后加入2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基和NaBr，再加入次氯酸钠溶液，通过加入碱性溶液使反应的pH值维持在10.0，反应后加入无水乙醇终止反应，再进行高压均质处理，得到TEMPO-纳米纤维素；将高碘酸钠加入到TEMPO-纳米纤维素中，避光反应，得到含有羧基和醛基的DATNFC-TNFC；
(2)导电水凝胶的制备：在加热搅拌条件下，将步骤(1)得到的含有羧基和醛基的DATNFC-TNFC、聚丙烯酰胺和金属离子均匀混合，然后加入光引发剂后在紫外灯照射下进行反应，待反应结束后冷却成型，得到复合水凝胶，即基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶。
2.根据权利要求1所述的基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的含有羧基和醛基的DATNFC-TNFC和聚丙烯酰胺的质量比为2～20:100；
步骤(2)中所述的金属离子为Fe3+，Al3+、Zn2+和Na+中的任意一种或几种；
步骤(2)中所述的金属离子与聚丙烯酰胺的摩尔比为0.02～1.00：1。
3.根据权利要求2所述的基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的含有羧基和醛基的DATNFC-TNFC和聚丙烯酰胺的质量比为10:100；
步骤(2)中所述的金属离子为Fe3+；
步骤(2)中所述的金属离子与聚丙烯酰胺的摩尔比为0.06：1。
4.根据权利要求1所述的基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的光引发剂为光引发剂651，光引发剂907和光引发剂2929中的任意一种；
步骤(2)中所述的光引发剂与聚丙烯酰胺的摩尔比为0.02～1.00：1。
5.根据权利要求1所述的基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的纤维素浆料为木浆；
步骤(1)中所述的纤维素浆料、2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基和NaBr的质量比为10～30：0.16～0.48：1～3；
步骤(1)中所述的次氯酸钠的用量为按每克纤维素浆料配比5～20mmol次氯酸钠计算；
步骤(1)中所述的高碘酸钠和TEMPO-纳米纤维素的质量比1～3:1；
步骤(1)中所述的次氯酸钠溶液中的有效氯含量为194.3g/L；
步骤(1)中所述的碱性溶液为NaOH溶液；
步骤(1)中所述的无水乙醇与水的体积比为0.4～0.6:1；
步骤(1)中所述的高压均质的条件为：压力60～100bar，均质次数1～10次。
6.根据权利要求5所述的基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的纤维素浆料为漂白针叶木浆；
步骤(1)中所述的纤维素浆料、2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基和NaBr的质量比为30：0.48：3；
步骤(1)中所述的次氯酸钠的用量为按每克纤维素浆料配比13.5mmol次氯酸钠计算；
步骤(1)中所述的高碘酸钠和TEMPO-纳米纤维素的质量比为1.5～2:1；
步骤(1)中所述的碱性溶液为1mol/L的NaOH溶液；
步骤(1)中所述的无水乙醇与水的体积比为0.5:1；
步骤(1)中所述的高压均质的条件为：压力90bar，均质次数10次。
7.根据权利要求1所述的基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的机械疏解为采用打浆机进行机械疏解；
步骤(1)中所述的机械疏解的时间为5～10min；
步骤(1)中所述的反应的条件为：60±5℃下避光反应1～4h；
步骤(1)中所述的避光反应的时间为1～8h；
步骤(2)中所述的紫外光照射的条件为：紫外灯功率20～250W，紫外光波长200～400nm；
步骤(2)中所述的反应的时间为1～2h。
8.一种基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶，通过权利要求1～7任一项所述的方法制备得到。
9.权利要求8所述的基于纳米纤维素-聚丙烯酰胺-金属离子的导电水凝胶在传感器领域中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述的传感器为可穿戴式聚合物传感器。
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