[發明專利]一種水凝膠型運動敷料

在審

• 申請號: 202011487375.7
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112625177A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 馬貴平;郝帆;楊小萍;金天旭
• 申請（專利權）人: 北京化工大學常州先進材料研究院
• 主分類號: C08F220/54
• 分類號: C08F220/54;C08F222/38;C08F2/44;C08K9/06;C08K7/00;G01B7/16
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本發明公開了一種MXene/PNIPAm水凝膠的制備方法。本發明水凝膠以MXene和KH570質量比為10:1～1:10對MXene表面改性作為導電介質，NIPAm的質量分數為水和NIPAm總質量的5wt％?25wt％，KH570?MXene的質量分數為NIPAm質量的0.1?1wt％，交聯劑N’N?亞甲基雙丙烯酰胺的質量分數為NIPAm質量的0.5wt％?5wt％，預聚后的PNIPAm與NIPAm的質量比為5:1?1:5，本發明水凝膠力學性能較好，具有良好的導電性和黏附性，可作為應變傳感傳感器應用于復雜環境。

技術領域：

本發明屬于傳感器材料技術領域，具體涉及一種MXene/PNIPAm水凝膠型柔性應變傳感器的制備方法。

背景技術：

近年來，向小型化和可穿戴電子設備發展的趨勢推動了可拉伸電子設備領域的發展。由于促進健康和健身追蹤一直是推動這一發展的主要驅動力之一，因此可以預期，可伸縮和可穿戴的傳感微電子已廣泛應用于可植入生物傳感器，個人可穿戴電子，軟機器人以及表皮微電子等領域。特別是，電阻應力傳感器在全身可穿戴，活動相關的監視系統的開發中起著重要作用。這些傳感器依賴于將機械刺激轉換為電阻變化來監測各種生理信號，例如脈搏狀況，血壓，發聲變化，面部表情，關節運動和皮膚腫脹。為了使這些傳感器能夠進行全范圍診斷，傳感材料必須能夠在各種條件下準確檢測和區分信號波，以輸出有關人體的相應信息。

目前報道的柔性應變傳感器主要以導電納米粒子或導電聚合物作為導電介質，如納米銀線、金/銀納米顆粒、納米炭黑、石墨烯、碳納米管、碳納米纖維、聚吡喏、聚3，4～乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸鹽、聚苯胺等。然后以高拉伸柔性的聚合物作為基體制成具有高拉伸應變的柔性應變傳感器。

MXenes是一種新出現的二維(2D)過渡金屬碳化物和碳氮化物，具有金屬導電性，豐富的表面官能團和較大的層間間距，因此非常有希望用于傳感材料。盡管MXene具有無與倫比的電性能，但由于其固有的剛性和脆性結構，很容易受到機械變形的影響，從而限制了它們在柔性電子產品中的應用。將MXene與柔軟的聚合物結合使用，可以改善其機械柔韌性，可拉伸性和感測性能。但是，由于MXene納米片與聚合物基質之間缺乏有效的界面相互作用，因此MXenes/聚合物基的傳感器通常會有較差的響應可靠性，難以區分的電信號輸出以及較差的性能穩定性。

本實驗以MXene作為導電基材，用硅烷偶聯劑對MXene納米片表面改性，增加與聚合物反應的活性位點增強MXene與聚合物的相容性。然后將表面改性后的MXene納米片與N-異丙基丙烯酰胺(NIPAm)單體共聚形成水凝膠，其中MXene形成導電網絡，水凝膠有較好的拉伸和導電性能。

發明內容：

本發明的目的是提供一種MXene/PNIPAm水凝膠型柔性應變傳感器的制備方法，使其有較高的拉伸性和較高的靈敏度。

第一方面，本發明通過以下技術方案實現：一種MXene/PNIPAm水凝膠，包括如下成分:Ti₂C₃T_x MXene、KH570、N-異丙基丙烯酰胺(NIPAm)、N,N-亞甲基雙丙烯酰胺、過硫酸銨(APS)、四甲基乙二胺(TEMED)、乙醇、乙酸。

本發明提供的MXene/PNIPAm水凝膠，主要組分為KH570改性的MXene納米片以及NIPAm，交聯劑為N,N-亞甲基雙丙烯酰胺，混合體系在交聯劑的作用下形成三維網狀結構。KH570改性后MXene表面含有可反應的雙建，實現MXene與聚合物之間的共價連接。

本發明中，MXene的質量分數指的是MXene的質量與NIPAm質量的比值；NIPAm的質量分數指的是NIPAm的質量與混合溶液總質量的比值；