[發明專利]一種自粘附可穿戴力敏傳感復合水凝膠及其制備方法

在審

• 申請號: 201711027495.7
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107840971A
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 劉嵐;劉書奇;鄭榮敏;王萍萍;劉海州;巫運輝;陳松
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08K3/04;G01L1/20;C08L29/04;C08L79/04
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及力敏傳感復合水凝膠制備技術領域，具體涉及一種自粘附可穿戴力敏傳感復合水凝膠及其制備方法。

背景技術

可穿戴力敏傳感材料是一種能夠將力學信號轉化為電信號的傳感材料，在人體醫療診斷、肢體運動監測和仿生機器人等領域應用廣闊。目前市售傳感器大多由硬質無機材料制成，不具備柔性及可拉伸性能，限制了其在可穿戴領域的應用。

因此，柔性可拉伸力敏傳感材料近年被廣泛研究并報道。柔性電阻式力敏傳感材料主要由聚合物基體和導電填料組成。聚合物基體提供材料所需的力學性能。導電填料分散在基體中形成導電網絡，當材料發生形變時，填料網絡發生變化，導致材料電阻升高或降低，進而達到檢測形變并在可穿戴領域應用的目的。

由于人體及機器人運動的頻繁性，可穿戴材料在長時間使用過程中不可避免被損壞和脫落，如何制備具有自愈合的并與皮膚具有良好粘附性的傳感材料便成為了該領域重要的課題。與此同時，雖然許多研究人員已經制備出超高拉伸或者極低響應極限的可穿戴傳感材料。然而，由于人體皮膚同時有高拉伸(60%左右)和低應變下模量極低的特性，就要求傳感材料同時滿足皮膚的每一個細微及大幅度的變化，并且與皮膚貼合良好。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供了一種自粘附可穿戴力敏傳感復合水凝膠，具體為一種具有自粘附性能的低模量聚多巴胺增強力敏傳感復合水凝膠。該力敏傳感水凝膠將粘附性與低模量進行結合，能夠檢測人體皮膚微小的形變。

本發明的目的還在于提供所述的一種自粘附可穿戴力敏傳感復合水凝膠的制備方法。

本發明的目的通過如下技術方案實現。

一種自粘附可穿戴力敏傳感復合水凝膠的制備方法，包括如下步驟：

將聚乙烯醇的水溶液、氧化石墨烯的水分散液以及聚多巴胺的水分散液混合均勻，得到均勻無絮凝的粘稠流體，再加入四硼酸鈉水溶液，進行攪拌，得到所述自粘附可穿戴力敏傳感復合水凝膠。

進一步地，所述聚乙烯醇的水溶液中，聚乙烯醇的質量分數為0.1-12wt%。

進一步地，所述氧化石墨烯的水分散液的濃度為0.5-10g/L；氧化石墨烯為采用改性Hummers方法制備得到。

進一步地，所述聚多巴胺的水分散液中的聚多巴胺為采用包括多巴胺鹽酸鹽或多巴胺的單體聚合得到。

進一步地，所述聚多巴胺的水分散液為：采用多巴胺鹽酸鹽溶液在50-70℃進行聚合反應4-24h，形成聚多巴胺的水分散液。

更進一步地，所述多巴胺鹽酸鹽溶液為采用pH=8.5的1,3-雙（（三羥甲基）甲基氨基）丙烷緩沖溶液配制得到。

更進一步地，所述多巴胺鹽酸鹽溶液的濃度為0.1-50g/L。

進一步地，所述攪拌的轉速為100~500r/min，時間為1~30min。

進一步地，所述攪拌的過程輔以超聲。

攪拌混合的過程采用機械或人工攪拌，而為了更便于混合均勻，可輔以超聲分散，不需進行加熱等其他輔助工藝。

更進一步地，所述超聲的功率為100~400W。

進一步地，所述四硼酸鈉水溶液的濃度為10-50g/L。

由上述任一項所述的制備方法制得的一種自粘附可穿戴力敏傳感復合水凝膠。

進一步地，按占所述的自粘附可穿戴力敏傳感復合水凝膠總質量的百分比，聚乙烯醇0.5%-4%，聚多巴胺0.05%-1%，氧化石墨烯0.05%-0.5%。

進一步地，所述的自粘附可穿戴力敏傳感復合水凝膠中，四硼酸鈉與聚乙烯醇的質量比為0.1-0.5。

與現有技術相比，本發明具有如下優點和有益效果：

（1）本發明的自粘附可穿戴力敏傳感復合水凝膠具有自粘附特性，且具備較好的力敏傳感性能；

（2）本發明的自粘附可穿戴力敏傳感復合水凝膠將粘附性與低模量進行結合，使該力敏傳感水凝膠能夠檢測人體皮膚微小的形變，包括脈搏、發聲時喉部震動及面部表情識別，有效解決了力敏傳感材料不易檢測皮膚極低應變和與皮膚貼合性差的缺點；

（3）本發明的自粘附可穿戴力敏傳感復合水凝膠具有高拉伸性能，適用在包括膝蓋或肘部彎曲等更大幅度的肢體運動部位，具有廣闊的應用前景；

（4）本發明制備方法簡單易行，設備要求低，有利于實現大規模工業化生產。

附圖說明

圖1為實施例1制備的復合水凝膠在手指彎曲時電阻的變化曲線圖；

圖2為實施例2制備的復合水凝膠在手指彎曲時電阻的變化曲線圖；