CN116082695A - 一种多重响应变色凝胶的制备方法及应用 - Google Patents
一种多重响应变色凝胶的制备方法及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116082695A CN116082695A CN202211445547.3A CN202211445547A CN116082695A CN 116082695 A CN116082695 A CN 116082695A CN 202211445547 A CN202211445547 A CN 202211445547A CN 116082695 A CN116082695 A CN 116082695A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- color
- changing
- response
- gel
- hydrogel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000004044 response Effects 0.000 title claims abstract description 104
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 8
- 239000000499 gel Substances 0.000 claims abstract description 71
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 claims abstract description 59
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 22
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000003999 initiator Substances 0.000 claims abstract description 13
- APUPEJJSWDHEBO-UHFFFAOYSA-P ammonium molybdate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-][Mo]([O-])(=O)=O APUPEJJSWDHEBO-UHFFFAOYSA-P 0.000 claims abstract description 12
- 229940010552 ammonium molybdate Drugs 0.000 claims abstract description 12
- 235000018660 ammonium molybdate Nutrition 0.000 claims abstract description 12
- 239000011609 ammonium molybdate Substances 0.000 claims abstract description 12
- CNCOEDDPFOAUMB-UHFFFAOYSA-N N-Methylolacrylamide Chemical compound OCNC(=O)C=C CNCOEDDPFOAUMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 11
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 10
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 7
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 6
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 6
- KWYHDKDOAIKMQN-UHFFFAOYSA-N N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine Chemical group CN(C)CCN(C)C KWYHDKDOAIKMQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 4
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L potassium persulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 9
- 238000000870 ultraviolet spectroscopy Methods 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- 239000012456 homogeneous solution Substances 0.000 description 3
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 3
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 2
- 238000002845 discoloration Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- DMLAVOWQYNRWNQ-UHFFFAOYSA-N azobenzene Chemical compound C1=CC=CC=C1N=NC1=CC=CC=C1 DMLAVOWQYNRWNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 150000001988 diarylethenes Chemical class 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000007699 photoisomerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000011232 storage material Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K9/00—Tenebrescent materials, i.e. materials for which the range of wavelengths for energy absorption is changed as a result of excitation by some form of energy
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F120/00—Homopolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride, ester, amide, imide or nitrile thereof
- C08F120/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
- C08F120/52—Amides or imides
- C08F120/54—Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide
- C08F120/58—Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide containing oxygen in addition to the carbonamido oxygen, e.g. N-methylolacrylamide, N-acryloyl morpholine
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
- C08J3/02—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques
- C08J3/03—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques in aqueous media
- C08J3/075—Macromolecular gels
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
- C08J9/28—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof by elimination of a liquid phase from a macromolecular composition or article, e.g. drying of coagulum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
- C08J9/36—After-treatment
- C08J9/40—Impregnation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2205/00—Foams characterised by their properties
- C08J2205/02—Foams characterised by their properties the finished foam itself being a gel or a gel being temporarily formed when processing the foamable composition
- C08J2205/028—Xerogel, i.e. an air dried gel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2333/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers
- C08J2333/24—Homopolymers or copolymers of amides or imides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
Abstract
本发明公开了一种多重响应变色凝胶的制备方法，将N‑羟甲基丙烯酰胺单体溶解于去离子水中，再加入一定量的引发剂和加速剂，得预聚液；将所述预聚液注入模具中，在25℃的环境温度下充分聚合，得到前驱体水凝胶；将所述前驱体水凝胶置于烘箱中进行干燥后得到干凝胶，然后将所述干凝胶浸泡在钼酸铵溶液中24小时，制得多重响应变色水凝胶；将所述多重响应变色水凝胶干燥后，得到多重响应变色干凝胶。所制备的变色凝胶具有多重响应变色的优良性能，变色后的颜色可擦除、可重复变色，且具有成本低廉、工艺简单的优点。
Description
技术领域
本发明涉及智能高分子凝胶技术领域，尤其涉及一种多重(光、湿、电、氧气等)响应变色凝胶的制备方法及应用。
背景技术
近年来，刺激响应材料的研究备受关注，这些材料在外部刺激后，自身产生宏观或微观的变化。一般来说，环境刺激主要有物理刺激、化学刺激和生化刺激三种，其中物理刺激最常见，如温度变化、施加应力等。而光是一种最常见的物理刺激，它几乎无处不在，因此光响应材料拥有着广泛的用途，其响应程度可以由光控制，在响应成本上更低。
光致变色材料一般由紫外光(UV)作为刺激光源，其响应强度和颜色等可根据需要来控制，目前主要光致变色材料有螺吡喃、偶氮苯和二芳基乙烯等有机物质，在光刺激下，在两种异构体之间可逆转换，即光异构化，使材料在宏观上表现为颜色变化。然而这其中大多数的变色成份都是高成本、有毒性的，因此开发低成本环保变色材料是目前的主要研究方向之一。
高分子凝胶是一种由交联聚合物构成，在交联网络间充满液体的材料，其同时具有良好的柔性和物质交换功能，利用其物质交换功能便于引入各种智能响应组分得到柔性智能材料。目前光致变色高分子凝胶的变色深度及颜色留存时间都较短，同时现有的光致变色凝胶响应性能较为单一，且一般不对其它刺激(例如热、湿度等)产生响应。因此需要开发一种具有光致变色性能，且同时在其它刺激响应下也可以产生变色，并可以进行多色调控的智能凝胶材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种多重响应变色凝胶的制备方法及应用，所制备的变色凝胶具有多重响应变色的优良性能，变色后的颜色可擦除、可重复变色，且具有成本低廉、工艺简单的优点。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种多重响应变色凝胶的制备方法，所述方法包括：
步骤1、将N-羟甲基丙烯酰胺单体溶解于去离子水中，再加入一定量的引发剂和加速剂，得预聚液；
步骤2、将所述预聚液注入模具中，在25℃的环境温度下充分聚合，得到前驱体水凝胶；
步骤3、将所述前驱体水凝胶置于烘箱中进行干燥后得到干凝胶，然后将所述干凝胶浸泡在钼酸铵溶液中24小时，制得多重响应变色水凝胶；其中，所述钼酸铵作为光致变色单元；
步骤4、将所述多重响应变色水凝胶干燥后，得到多重响应变色干凝胶。
一种多重响应变色凝胶的应用方法，所述应用方法包括：
使用具有图案信息的光掩膜对权利要求1所制备的多重响应变色凝胶进行遮挡或覆盖；
然后利用多重手段调控所述多重响应变色凝胶的颜色，使所述多重响应变色凝胶发生变色，最终变色部分形成对应掩膜的图案；
其中，所述多重手段调控包括光、湿、电、热调控。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，所制备的变色凝胶具有多重响应变色的优良性能，变色后的颜色可擦除、可重复变色，且具有成本低廉、工艺简单的优点，在传感器、信息存储材料等领域具有巨大应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的多重响应变色凝胶的制备方法流程示意图；
图2为本发明实例2所制得的多重响应变色水凝胶在紫外光下照射的吸收值～时间曲线；
图3为本发明实例2所制得的多重响应变色干凝胶在紫外光下照射的吸收值～时间曲线；
图4为本发明实例2所制得的多重响应变色干凝胶在可控湿度环境下变色的的吸收值～时间曲线。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示为本发明实施例提供的多重响应变色凝胶的制备方法流程示意图，所述方法包括：
步骤1、将N-羟甲基丙烯酰胺(NHMA)单体溶解于去离子水中，再加入一定量的引发剂和加速剂，得预聚液；
在该步骤中，所用引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾中的一种；
所用加速剂为N,N,N’,N’-四甲基乙二胺；
引发剂和加速剂的浓度为0.1-50wt％；
其中，每1L去离子水使用N-羟甲基丙烯酰胺单体100～1313g、引发剂1g、加速剂1g。
步骤2、将所述预聚液注入模具中，在25℃的环境温度下充分聚合，得到前驱体水凝胶；
在该步骤中，聚合反应的时间为5-48h；聚合反应的温度为0℃-60℃。
具体实现中，所述模具采用如下方法制备：
将聚氯乙烯塑料切成正方形，中间部分切除；
再用两块正方形玻璃片夹住聚氯乙烯塑料，并用长尾夹夹紧，从而制得模具。
步骤3、将所述前驱体水凝胶置于烘箱中进行干燥后得到干凝胶，然后将所述干凝胶浸泡在钼酸铵(Mo7)溶液中24小时，制得多重响应变色水凝胶；其中，所述钼酸铵(Mo7)作为光致变色单元；
在该步骤中，烘箱的温度设置为20℃-80℃；烘箱完全烘干的时间为1h-8h；
所述钼酸铵溶液的浓度为20mmol/L～80mmol/L。
步骤4、将所述多重响应变色水凝胶干燥后，得到多重响应变色干凝胶。
基于上述方法所制备的多重响应变色凝胶，本发明实施例还提供了一种多重响应变色凝胶的应用方法，所述应用方法包括：
使用具有图案信息的光掩膜对权利要求1所制备的多重响应变色凝胶进行遮挡或覆盖；
然后利用多重手段调控所述多重响应变色凝胶的颜色，使所述多重响应变色凝胶发生变色，最终变色部分形成对应掩膜的图案；
其中，所述多重手段调控包括光、湿、电、热调控。
若所述多重响应变色凝胶为水凝胶，则通过如下手段进行调控：
光致变色调控水凝胶颜色：使用紫外光对多重响应变色水凝胶进行照射，控制多重响应变色水凝胶实现由无色至蓝色的转变；然后将变色后的水凝胶置于空气中，蓝色凝胶会褪色恢复成无色凝胶；
电致变色调控水凝胶颜色：使用ITO导电玻璃电极对多重响应变色水凝胶施加电压，控制多重响应变色水凝胶实现由无色至蓝色的转变；然后将变色后的水凝胶置于空气中，蓝色凝胶会褪色恢复成无色凝胶。
若所述多重响应变色凝胶为干凝胶，则通过如下手段进行调控：
光致变色调控干凝胶颜色：使用紫外光对多重响应变色干凝胶进行照射，控制多重响应变色干凝胶实现由无色至红褐色的转变；
热致变色调控干凝胶颜色：使用加热手段对经过紫外照射变色后的多重响应变色干凝胶进行处理，控制干凝胶实现由红褐色至蓝色的转变；
湿致变色调控干凝胶颜色：使用控制湿度的手段对经过紫外照射变色后的多重响应变色干凝胶进行处理，控制干凝胶实现由红褐色至绿色或蓝色的转变。
下面以具体的实例对上述多重响应变色凝胶的制备以及应用过程进行详细描述：
实例1、
a1)将5.05g N-羟甲基丙烯酰胺固体溶解在10mL去离子水中，并搅拌均匀形成均相溶液,在溶液中加入50微升10wt％的过硫酸铵和50微升10wt％四甲基乙二胺引发剂溶液，用磁力搅拌棒搅拌均匀后形成凝胶预聚液；将预聚液用注射器注入到模具中。在室温下静置聚合24小时，形成初制凝胶。
b1)将初制凝胶放入60℃干燥箱内脱干水分，等待质量平衡后，将凝胶浸泡在20mM钼酸铵溶液中12h，引入光致变色单元，得到多重响应变色水凝胶。
c1)将得到的多重响应变色水凝胶放入60℃干燥箱内脱干水分，等待质量平衡后，得到干态的多重响应变色干凝胶。
紫外测试：将一块多重响应变色水凝胶放在365nm紫外灯下照射，每照射一段时间后，进行紫外-可见光分光光度计测试吸收值，直到吸收曲线不再变化为止。水凝胶由无色透明状变成蓝色透明状。
将一块多重响应变色干凝胶放在365nm紫外灯下照射，每照射一段时间后，进行紫外-可见光分光光度计测试吸收值，直到吸收曲线不再变化为止。干凝胶由无色透明状变成红褐色透明状。
图案化信息写入：将打印好的掩膜盖在光致变色水凝胶的表面，使用紫外灯照射，紫外线透过掩膜透明的部分，照射在多重响应变色水凝胶或干凝胶上，生成蓝色或红褐色图案信息。
实例2、
a1)将8.08g N-羟甲基丙烯酰胺固体溶解在10mL去离子水中，并搅拌均匀形成均相溶液,在溶液中加入50微升10wt％的过硫酸铵和50微升10wt％四甲基乙二胺引发剂溶液，用磁力搅拌棒搅拌均匀后形成凝胶预聚液。将预聚液用注射器注入到模具中。在室温下静置聚合24小时，形成初制凝胶。
b1)将初制凝胶放入60℃干燥箱内脱干水分，等待质量平衡后，将凝胶浸泡在50mM钼酸铵溶液中12h，引入光致变色单元。得到多重响应变色水凝胶。
c1)将得到的多重响应变色水凝胶放入60℃干燥箱内脱干水分，等待质量平衡后，得到干态的多重响应变色干凝胶。
紫外测试：将一块多重响应变色水凝胶放在365nm紫外灯下照射，每照射一段时间后，进行紫外-可见光分光光度计测试吸收值，直到吸收曲线不再变化为止，如图2所示为本发明实例2所制得的多重响应变色水凝胶在紫外光下照射的吸收值～时间曲线，水凝胶由无色透明状变成蓝色透明状。
将一块多重响应变色干凝胶放在365nm紫外灯下照射，每照射一段时间后，进行紫外-可见光分光光度计测试吸收值，直到吸收曲线不再变化为止，如图3所示为本发明实例2所制得的多重响应变色干凝胶在紫外光下照射的吸收值～时间曲线，干凝胶由无色透明状变成红褐色透明状。
图案化信息写入：将打印好的掩膜盖在光致变色水凝胶的表面，使用紫外灯照射，紫外线透过掩膜透明的部分，照射在多重响应变色水凝胶或干凝胶上，生成蓝色或红褐色图案信息。
实例3、
a1)将13.13g N-羟甲基丙烯酰胺固体溶解在10mL去离子水中，并搅拌均匀形成均相溶液,在溶液中加入50微升10wt％的过硫酸铵和50微升10wt％四甲基乙二胺引发剂溶液，用磁力搅拌棒搅拌均匀后形成凝胶预聚液。将预聚液用注射器注入到模具中。在室温下静置聚合24小时，形成初制凝胶。
b1)将初制凝胶放入60℃干燥箱内脱干水分，等待质量平衡后，将凝胶浸泡在50mM钼酸铵溶液中12h，引入光致变色单元。得到多重响应变色水凝胶。
c1)将得到的多重响应变色水凝胶放入60℃干燥箱内脱干水分，等待质量平衡后，得到干态的多重响应变色干凝胶。
紫外测试：将一块多重响应变色水凝胶放在365nm紫外灯下照射，每照射一段时间后，进行紫外-可见光分光光度计测试吸收值，直到吸收曲线不再变化为止。水凝胶由无色透明状变成蓝色透明状。
将一块多重响应变色干凝胶放在365nm紫外灯下照射，每照射一段时间后，进行紫外-可见光分光光度计测试吸收值，直到吸收曲线不再变化为止。干凝胶由无色透明状变成红褐色透明状。
图案化信息写入：将打印好的掩膜盖在光致变色水凝胶的表面，使用紫外灯照射，紫外线透过掩膜透明的部分，照射在多重响应变色水凝胶或干凝胶上，生成蓝色或红褐色图案信息。
实例4、
对实例2中所得多重响应变色水凝胶及干凝胶进行多重响应变色调控：
电致变色调控方法：使用两片ITO导电玻璃作为导电层，使用2mm厚且中间留有1cm*1cm正方形孔的聚氯乙烯片作为隔层，将多重响应变色水凝胶填补到该空间中。夹紧两片ITO玻璃，在两端式施加不同电压(0.1～3V)，测试凝胶的紫外-可见光吸收值的变化，水凝胶由无色透明状变成蓝色透明状。
热致变色调控方法：将实施例2中经过紫外照射变色后的多重响应变色干凝胶，放入烘箱中80℃加热，12分钟后，凝胶由红褐色变为深绿色。
湿致变色调控：将实施例2中经过紫外照射变色后的多重响应变色干凝胶，置于不同湿度(10～100％RH)环境下，测试不同时间凝胶紫外-可见光吸收值的变化，图4所示为本发明实例2所制得的多重响应变色干凝胶在可控湿度环境下变色的的吸收值～时间曲线，凝胶由红褐色变为绿色或蓝色。
值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
综上所述，本发明实施例所制备的两种凝胶(水凝胶和干凝胶)都具有多重响应变色性能，具有在光、湿、电、氧气等外界刺激下快速响应变色的优良性能。水凝胶在纯水环境中颜色可以长久保存，干凝胶在空气环境中颜色可以长久保存，并可进行图案化信息书写输入；同时本发明具有成本低廉、工艺简单等优点，在传感器、信息存储器件以及防伪材料等方面有巨大的应用价值。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
Claims (8)
1.一种多重响应变色凝胶的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、将N-羟甲基丙烯酰胺单体溶解于去离子水中，再加入一定量的引发剂和加速剂，得预聚液；
步骤2、将所述预聚液注入模具中，在25℃的环境温度下充分聚合，得到前驱体水凝胶；
步骤3、将所述前驱体水凝胶置于烘箱中进行干燥后得到干凝胶，然后将所述干凝胶浸泡在钼酸铵溶液中24小时，制得多重响应变色水凝胶；其中，所述钼酸铵作为光致变色单元；
步骤4、将所述多重响应变色水凝胶干燥后，得到多重响应变色干凝胶。
2.根据权利要求1所述多重响应变色凝胶的制备方法，其特征在于，在步骤1中，所用引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾中的一种；
所用加速剂为N,N,N’,N’-四甲基乙二胺；
引发剂和加速剂的浓度为0.1-50wt％；
其中，每1L去离子水使用N-羟甲基丙烯酰胺单体100～1313g、引发剂1g、加速剂1g。
3.根据权利要求1所述多重响应变色凝胶的制备方法，其特征在于，在步骤2中，聚合反应的时间为5-48h；聚合反应的温度为0℃-60℃。
4.根据权利要求1所述多重响应变色凝胶的制备方法，其特征在于，在步骤3中，烘箱的温度设置为20℃-80℃；烘箱完全烘干的时间为1h-8h；
所述钼酸铵溶液的浓度为20mmol/L～80mmol/L。
5.根据权利要求1所述多重响应变色凝胶的制备方法，其特征在于，在步骤2中，所述模具采用如下方法制备：
将聚氯乙烯塑料切成正方形，中间部分切除；
再用两块正方形玻璃片夹住聚氯乙烯塑料，并用长尾夹夹紧，从而制得模具。
6.一种多重响应变色凝胶的应用方法，其特征在于，所述应用方法包括：
使用具有图案信息的光掩膜对权利要求1所制备的多重响应变色凝胶进行遮挡或覆盖；
然后利用多重手段调控所述多重响应变色凝胶的颜色，使所述多重响应变色凝胶发生变色，最终变色部分形成对应掩膜的图案；
其中，所述多重手段调控包括光、湿、电、热调控。
7.如权利要求6所述多重响应变色凝胶的应用方法，其特征在于，所述利用多重手段调控所述多重响应变色凝胶的颜色，具体过程为：
若所述多重响应变色凝胶为水凝胶，则通过如下手段进行调控：
光致变色调控水凝胶颜色：使用紫外光对多重响应变色水凝胶进行照射，控制多重响应变色水凝胶实现由无色至蓝色的转变；然后将变色后的水凝胶置于空气中，蓝色凝胶会褪色恢复成无色凝胶；
电致变色调控水凝胶颜色：使用ITO导电玻璃电极对多重响应变色水凝胶施加电压，控制多重响应变色水凝胶实现由无色至蓝色的转变；然后将变色后的水凝胶置于空气中，蓝色凝胶会褪色恢复成无色凝胶。
8.如权利要求6所述多重响应变色凝胶的应用方法，其特征在于，所述利用多重手段调控所述多重响应变色凝胶的颜色，具体过程为：
若所述多重响应变色凝胶为干凝胶，则通过如下手段进行调控：
光致变色调控干凝胶颜色：使用紫外光对多重响应变色干凝胶进行照射，控制多重响应变色干凝胶实现由无色至红褐色的转变；
热致变色调控干凝胶颜色：使用加热手段对经过紫外照射变色后的多重响应变色干凝胶进行处理，控制干凝胶实现由红褐色至蓝色的转变；
湿致变色调控干凝胶颜色：使用控制湿度的手段对经过紫外照射变色后的多重响应变色干凝胶进行处理，控制干凝胶实现由红褐色至绿色或蓝色的转变。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211445547.3A CN116082695B (zh) | 2022-11-18 | 2022-11-18 | 一种多重响应变色凝胶的制备方法及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211445547.3A CN116082695B (zh) | 2022-11-18 | 2022-11-18 | 一种多重响应变色凝胶的制备方法及应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116082695A true CN116082695A (zh) | 2023-05-09 |
| CN116082695B CN116082695B (zh) | 2024-06-25 |
Family
ID=86198155
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211445547.3A Active CN116082695B (zh) | 2022-11-18 | 2022-11-18 | 一种多重响应变色凝胶的制备方法及应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116082695B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06242472A (ja) * | 1993-02-17 | 1994-09-02 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 遷移金属酸化物と水溶性高分子のゲル複合膜及びその製造法 |
| CN107446146A (zh) * | 2017-09-15 | 2017-12-08 | 长春工业大学 | 一种具备光致变色特性的水凝胶及其制备方法 |
| CN114479127A (zh) * | 2022-03-14 | 2022-05-13 | 北京石油化工学院 | 一种光致变色变形水凝胶及其制备方法、变色变形方法 |
| CN114539703A (zh) * | 2022-01-17 | 2022-05-27 | 桂林电子科技大学 | 智能变色散热水凝胶及其应用 |
-
2022
- 2022-11-18 CN CN202211445547.3A patent/CN116082695B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06242472A (ja) * | 1993-02-17 | 1994-09-02 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 遷移金属酸化物と水溶性高分子のゲル複合膜及びその製造法 |
| CN107446146A (zh) * | 2017-09-15 | 2017-12-08 | 长春工业大学 | 一种具备光致变色特性的水凝胶及其制备方法 |
| CN114539703A (zh) * | 2022-01-17 | 2022-05-27 | 桂林电子科技大学 | 智能变色散热水凝胶及其应用 |
| CN114479127A (zh) * | 2022-03-14 | 2022-05-13 | 北京石油化工学院 | 一种光致变色变形水凝胶及其制备方法、变色变形方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| WU YING等: "Lanthanide Luminescence Supramolecular Switch Based on Photoreactive Ammonium Molybdate", 《ACS APPL. MATER. INTERFACES》, 6 December 2021 (2021-12-06), pages 59126 - 59131 * |
| 张海璇;孟旬;李平;: "光和温度刺激响应型材料", 化学进展, no. 05, 24 May 2008 (2008-05-24) * |
| 曹梦楠;刘志明;: "PAAm-LGSNa~+光致变色水凝胶的合成及表征", 功能材料, no. 12, 30 December 2019 (2019-12-30) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116082695B (zh) | 2024-06-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yang et al. | Low-cost, rapidly responsive, controllable, and reversible photochromic hydrogel for display and storage | |
| CN112126082B (zh) | 一种自修复多重光响应的双层超分子水凝胶、其制备方法和应用 | |
| Nie et al. | Recent advances in colour-tunable soft actuators | |
| Yang et al. | A rapidly responsive photochromic hydrogel with high mechanical strength for ink-free printing | |
| CN109021268B (zh) | 一种快速响应光致变色凝胶膜材料的制备方法 | |
| CN106543380A (zh) | 温敏变色材料及其制备方法和单向透视温敏型玻璃 | |
| Euchler et al. | Monolithic spiropyran-based porous polysilsesquioxanes with stimulus-responsive properties | |
| CN111421928A (zh) | 力致变色材料及其制备方法和应用 | |
| Le et al. | Fluorescent Organohydrogel with Thermal‐Induced Color Change for Anti‐counterfeiting | |
| US4116862A (en) | New photochromic materials and method for their preparation | |
| CN116082695B (zh) | 一种多重响应变色凝胶的制备方法及应用 | |
| CN111323981B (zh) | 一种丝网印刷法制备pedot基柔性电致变色器件的方法 | |
| CN114479127B (zh) | 一种光致变色变形水凝胶及其制备方法、变色变形方法 | |
| CN105153456A (zh) | 一种具有湿度响应变色特性的光子晶体材料及其制备方法 | |
| JP5458014B2 (ja) | 感熱調光材料及びその製造方法、並びに、それを備えた光学部品 | |
| CN116253820B (zh) | 一种光致变色凝胶及其制备的多重响应变色干凝胶和变色方法 | |
| CN108794686A (zh) | 一种具有可逆电致变色透明水凝胶的制备方法 | |
| CN114545662A (zh) | 一种温度自适应智能窗及其制备方法 | |
| CN113896908A (zh) | 一种复合水凝胶及制备方法和热电双驱动复合水凝胶智能窗及制备方法 | |
| CN108274854B (zh) | 有色智慧型玻璃 | |
| KR101537372B1 (ko) | 산화그래핀의 광열전환 효과를 이용한 광감응성 수화겔 및 이의 제조방법 | |
| CN108732843B (zh) | 一种电调控变色龙仿生智能变色薄膜的制备方法 | |
| CN114907842B (zh) | 荧光碳量子点凝胶、其制备方法及信息循环存储方法 | |
| CN117004383A (zh) | 一种长余辉材料及其制备方法与应用 | |
| CN116948229A (zh) | 热质变色降温节能薄膜制备方法以及窗膜 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |