[發(fā)明專利]一種水凝膠柔性應(yīng)變傳感器及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010239496.3
• 申請(qǐng)日: 2020-03-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111234112A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 奚亞男;胡淑錦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州鈺芯傳感科技有限公司
• 主分類號(hào): C08F251/00
• 分類號(hào): C08F251/00;C08F220/56;C08F222/38;G01B7/16
• 代理公司: 佛山幫專知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44387
• 代理人: 喻振興

本發(fā)明提供了一種水凝膠柔性應(yīng)變傳感器及其制備方法。本發(fā)明制備了K型卡拉膠雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠，修飾乙二醇后得到具備熱修復(fù)性、抗凍性、可拉伸性的柔性應(yīng)變傳感器。該傳感器具有靈敏度高、檢測(cè)范圍廣、響應(yīng)速度快、動(dòng)態(tài)耐久度高等優(yōu)秀性能，并可通過(guò)調(diào)節(jié)水凝膠在乙二醇中的浸泡時(shí)間調(diào)整傳感器的韌性和彈性模量，使其性能更為優(yōu)秀，且可應(yīng)用于可穿戴設(shè)備、柔性機(jī)器人、電子皮膚、醫(yī)療保健等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種水凝膠柔性應(yīng)變傳感器及其制備方法與其在檢測(cè)拉伸應(yīng)變的設(shè)備中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著可穿戴設(shè)備的興起，柔性傳感器的需求和研究日益增多，其需要具有較強(qiáng)的拉伸性、延展性，可彎折性以及耐久度，較低的功耗和質(zhì)量，如果是親膚性的傳感器，還要具有生物兼容性。柔性傳感器可用在人體健康監(jiān)測(cè)、人體運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、人機(jī)交互以及軟機(jī)器人技術(shù)等等上。

應(yīng)變傳感器作為一種基礎(chǔ)的傳感器，已出現(xiàn)許多研究成果。應(yīng)變傳感器一般分為電阻式和電容式。至今，已有研究者利用不同材料制作應(yīng)變傳感器。不同材料在力學(xué)、電學(xué)的性能上各有優(yōu)劣，通常難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)高靈敏度和強(qiáng)拉伸性。

水凝膠是三維交聯(lián)的聚合物網(wǎng)絡(luò)，可以吸收并保留大量水。目前水凝膠已被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如柔性可穿戴器件、柔性機(jī)器人、電子皮膚等。傳統(tǒng)水凝膠在受到?jīng)_擊時(shí)極易變形或損壞，損害積累可能導(dǎo)致永久性結(jié)構(gòu)改變和水凝膠功能特性喪失。因此開(kāi)發(fā)具有自動(dòng)修復(fù)功能的水凝膠可延長(zhǎng)其在各種應(yīng)用中的使用壽命。

目前柔性應(yīng)變傳感器的制備應(yīng)該滿足低成本、大面積的需求，一般而言可用硅基彈性體或橡膠作為襯底，對(duì)于需要貼覆皮膚的應(yīng)變傳感器來(lái)說(shuō)，因其會(huì)施加大量復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變化的應(yīng)力，因此其耐久與自修復(fù)性能極為重要，在高強(qiáng)度應(yīng)力下，用作感應(yīng)的柔性材料發(fā)生折斷或彎曲，用作柔性襯底的多聚物產(chǎn)生疲勞和塑性形變，都會(huì)使傳感器的性能表現(xiàn)下降，因此本發(fā)明開(kāi)發(fā)一種新型水凝膠用于柔性應(yīng)變傳感器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種水凝膠柔性應(yīng)變傳感器。

本發(fā)明提供的水凝膠柔性應(yīng)變傳感器基于K型卡拉膠雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠，修飾乙二醇，制備成具備熱修復(fù)性、抗凍性、可拉伸性的柔性應(yīng)變傳感器。

所述K型卡拉膠雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為：

本發(fā)明的另一目的是提供一種水凝膠柔性應(yīng)變傳感器的制備方法。

具體包括以下步驟：

S1、將丙烯酰胺、卡拉膠、N，N′-亞甲基雙丙烯酰胺、氯化鉀混合溶于去離子水中，在90℃條件下進(jìn)行油浴磁力攪拌5小時(shí)，合成卡拉膠第一網(wǎng)絡(luò)；

S2、停止加熱后繼續(xù)攪拌，當(dāng)溫度降至70℃時(shí)，加入過(guò)硫酸銨并攪拌1分鐘；

S3、將溶液傾倒于培養(yǎng)皿中，覆蓋鋁箔，放置于烤箱中，在90℃條件下烘烤1小時(shí)，聚合生成聚丙烯酰胺第二網(wǎng)絡(luò)，取出降至室溫再放置冰箱，在6℃條件下儲(chǔ)存1小時(shí)，得到K型卡拉膠雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠；

S4、將K型卡拉膠雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠清洗并干燥，安裝導(dǎo)電電極，封裝成柔性應(yīng)變傳感器。

進(jìn)一步，所述步驟S1中，磁力攪拌轉(zhuǎn)速為550rpm。

進(jìn)一步，所述步驟S1中，所述丙烯酰胺、卡拉膠、N，N′-亞甲基雙丙烯酰胺、氯化鉀和去離子水的質(zhì)量比為1500∶300∶1∶18∶8.2。

進(jìn)一步，所述步驟S2中，所述過(guò)硫酸銨與所述步驟S1中的丙烯酰胺的質(zhì)量比為1∶312.5。

進(jìn)一步，所述步驟S4中，采用去離子水清洗K型卡拉膠雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。

本發(fā)明的另一目的是提供一種水凝膠柔性應(yīng)變傳感器在制備檢測(cè)拉伸應(yīng)變的設(shè)備中的應(yīng)用。