本发明属于凝胶，具体涉及一种水下粘附性凝胶及其制备方法与应用。
背景技术：
1、这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
2、传统的水凝胶作为传感器可以稳定地附着在人体皮肤或其他物体表面。但是，应用于潮湿或者水下环境时，水分会在基材以及水凝胶表面形成水合层，阻止凝胶与基材的接触，导致表面能降低并使粘附强度下降。因此，实现强力而又稳定的水下粘附是一个重要挑战。
3、具有水下粘附性、快速自愈性能、高透明、可拉伸性以及多功能性的离子凝胶的开发对于水下可穿戴传感器和通信设备的开发至关重要。然而传统的离子凝胶应用于水下时，易膨胀、粘附力差以及难自愈，导致其难以承载高强度任务，应用范围有限。
4、此外，在潮湿、运动出汗以及水生环境中使用可穿戴传感器时，有些可穿戴传感器是通过粘附的方式进行穿戴，许多具有粘附性的可穿戴传感器遇到水时，水分子会渗入皮肤-传感器表面并产生水化膜，从而降低传感器与皮肤之间的界面粘附力。这会导致监测效果不稳定或使传感器完全失去对皮肤的附着力，从皮肤表面脱落。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种水下粘附性凝胶及其制备方法与应用。
2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
3、第一方面，本发明提供一种水下粘附性凝胶的制备方法，包括如下步骤：
4、2,2,3,4,4,4-六氟丁基丙烯酸酯和n-异丙基丙烯酰胺在离子液体中自由基共聚，制备得到含氟离子凝胶。
5、hfba用于构建凝胶骨架，具有出色的延展性。但是，仅以hfba与离子液体相互作用所得凝胶材料，力学强度不足，引入nipam以增强hfba弹性体的性能，一方面nipam作为共聚单体，可引入氢键，提高凝胶的力学强度，另一方面，nipam直接溶解在[n8111]+[tfsi]-中，不需要额外的有机溶剂，避免对凝胶性能造成缺陷。
6、本发明选择柔性、疏水的聚合物单体2,2,3,4,4,4-六氟丁基丙烯酸酯(hfba)与富含氢键的单体n-异丙基丙烯酰胺(nipam)在离子液体中进行共聚。nipam作为共聚单体，可以在凝胶体系内引入动态键，有利于提高离子凝胶的力学性能以及界面粘附性能。
7、离子液体中的季铵阳离子和含氟聚合物中的-cf3形成离子偶极相互作用，提高了离子凝胶的内聚能，增强了离子凝胶的稳定性。此外，离子液体还赋予了凝胶优异的电化学性能，在宽的应变范围内表现出高的电导率和灵敏度。基于该含氟离子液体凝胶的疏水特性，其在水环境中仍能保持良好的机械性能、电化学性能、自愈合性能以及抗溶胀性，同时还能有效排除界面水合层(本发明中制备的含氟离子凝胶中，由于疏水阴离子(tfsi-)、离子液体阳离子中长的疏水碳链以及聚合物中含氟侧链的存在，可以破坏基底的水合层屏障，排除界面水分子)，并通过多种相互作用与基底材料实现水下强粘附性。
8、基于此种含氟离子凝胶的多功能性，能够实现水下传感，快速灵敏地进行水下信息交流与通信，为新一代柔性传感器在海洋以及其他水环境下的应用提供了一项新策略。
9、在一些实施例中，2,2,3,4,4,4-六氟丁基丙烯酸酯和n-异丙基丙烯酰胺的摩尔比为10:1-8。
10、优选的，2,2,3,4,4,4-六氟丁基丙烯酸酯和n-异丙基丙烯酰胺的摩尔比为2:1。聚合物中hfba与nipam的摩尔比为2:1时性能最佳。如若hfba含量进一步提高，凝胶力学强度将下降；另一方面nipam含量的增加，凝胶将变硬并降低凝胶导电性。
11、优选的，在离子液体中自由基共聚的温度为20-60℃，共聚的时间为4-10h。
12、优选的，共聚过程中加入光引发剂，并施加紫外光照射。
13、在一些实施例中，所述离子液体为[n8111]+[tfsi]-离子液体。
14、优选的，所述离子液体的制备方法为：双三氟甲烷磺酰亚胺锂和辛基三甲基氯化铵在水中混合，剧烈搅拌，发生相分离后，下层的油相即为离子液体。
15、进一步优选的，还包括将得到的离子液体重复洗涤和干燥的步骤。
16、更进一步优选的，将得到的离子液体采用去离子水重复洗涤3-7次。
17、更进一步优选的，所述干燥为真空干燥，干燥的温度为60-80℃，干燥时间为10-14h。
18、进一步优选的，双三氟甲烷磺酰亚胺锂和辛基三甲基氯化铵的摩尔比为1:0.8-1.2。
19、进一步优选的，每升水中加入0.5-1.5mol双三氟甲烷磺酰亚胺锂，加入0.5-1.5mol辛基三甲基氯化铵。
20、第二方面，本发明提供一种水下粘附性凝胶，由所述制备方法制备而成。
21、第三方面，本发明提供所述水下粘附性凝胶在制备水下用传感器中的应用，所述传感器包括但不限于光学伪装元件、运动检测元件、水下通信元件、水温检测元件、水压检测元件或心电检测元件。
22、上述本发明的一种或多种实施例取得的有益效果如下：
23、由于氟具有最高的电负性，c-f键高度极化，其巨大的偶极矩，c-f键与其周围环境之间的偶极-偶极和离子-偶极相互作用已经被广泛认可，因此，含氟聚合物是制备离子凝胶的理想聚合物基质，展现出低表面能和出色的热化学稳定性，离子液体通过离子-偶极相互作用与聚合物链相互作用，提高了凝胶的交联密度。c-f键在给氢或接受氢方面非常差，使得含氟聚合物和富含氟的离子液体都与水分子的相互作用很弱，水环境对离子-偶极相互作用的干扰最小化，具有高湿度不敏感性。同时，hfba中的氟丙烯酯提供的位阻为移动离子提供了更多自由体积，有利于提高含氟离子凝胶离子导电性和水下自修复能力。
24、本发明的含氟离子凝胶(fig)，通过一步法，无需化学交联剂在[n8111]+[tfsi]-中制备了hfba与nipam的共聚韧性含氟凝胶材料。由于含氟聚合物与离子液体疏水性、离子-偶极相互作用以及分子纠缠的协同作用，使得fig具有优异的耐水性，强大的水下粘结力，优良的自愈能力以及出色的水下稳定性等。
25、基于fig的凝胶传感器在水下环境中表现出优异的传感性能，可以实现光学伪装，运动检测，以及在海水中的无障碍通信，对水生环境勘探具有重要意义。同时可以满足实现一些特殊的功能，如检测水温、水压变化，识别水下人体动作，在水环境中长期检测心电信号，甚至可以进行生物组织的快速粘结修复。这些吸引人的特性表明，所开发的具有独特水下伪装、水中自粘性的超拉伸和快速自愈含氟离子凝胶是有前途的候选者，特别是在水生及复杂环境下的可穿戴应变传感及通信应用中。
26、心电图(ecg)可以记录电信号，从而提醒人们在心脏病发作前采取预防措施，并在心脏病发作时发送求助警报。这对于运动管理和医疗保健至关重要。虽然在空气中已经实现了对人体心电信号的实时监测，但在水环境中实现心电监测依然具有挑战性。主要限制是界面电极在水下可能会失去其功能。具有高固有电导率和粘附力的凝胶在生物电极领域具有广阔的前景。前面已经证明，figs具有可拉伸性、导电性、水下自愈能力、水下粘附性以及水下稳定性，这使其可以作为水下心电图监测的生物电极。
1.一种水下粘附性凝胶的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的水下粘附性凝胶的制备方法，其特征在于：2,2,3,4,4,4-六氟丁基丙烯酸酯和n-异丙基丙烯酰胺的摩尔比为10:1-8。
3.根据权利要求1所述的水下粘附性凝胶的制备方法，其特征在于：在离子液体中自由基共聚的温度为20-60℃，共聚的时间为4-10h。
4.根据权利要求3所述的水下粘附性凝胶的制备方法，其特征在于：共聚过程中加入光引发剂，并施加紫外光照射。
5.根据权利要求1所述的水下粘附性凝胶的制备方法，其特征在于：所述离子液体为[n8111]+[tfsi]-离子液体。
6.根据权利要求5所述的水下粘附性凝胶的制备方法，其特征在于：所述离子液体的制备方法为：双三氟甲烷磺酰亚胺锂和辛基三甲基氯化铵在水中混合，剧烈搅拌，发生相分离后，下层的油相即为离子液体。
7.根据权利要求6所述的水下粘附性凝胶的制备方法，其特征在于：还包括将得到的离子液体重复洗涤和干燥的步骤；
8.根据权利要求1所述的水下粘附性凝胶的制备方法，其特征在于：双三氟甲烷磺酰亚胺锂和辛基三甲基氯化铵的摩尔比为1:0.8-1.2；
9.一种水下粘附性凝胶，其特征在于：由权利要求1-8任一所述制备方法制备而成。
10.权利要求9所述水下粘附性凝胶在制备水下用传感器中的应用，所述传感器包括但不限于光学伪装元件、运动检测元件、水下通信元件、水温检测元件、水压检测元件或心电检测元件。
