[發明專利]一種基于多巴胺修飾聚吡咯導電水凝膠的高靈敏度壓阻傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 202110389697.6
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113503991B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 錢成銘;姚冰;婁翔;閆祺瓏;韓哲亦;陳旻;王宗榮;曲紹興
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18;G01L9/06;C08J3/075;C08L33/26;C08L79/04;C08F220/56;C08F222/38;C08G73/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本發明公開了一種基于多巴胺修飾聚吡咯導電水凝膠的高靈敏度壓阻傳感器及其制備方法，該壓阻傳感器的關鍵組成是壓敏感應層，該壓敏感應層采用導電水凝膠制得，尤其是所述導電水凝膠以聚丙烯酰胺鏈段網絡為基體，以多巴胺修飾的聚吡咯納米材料為導電相。本發明的柔性壓阻傳感器具有更大的柔韌性、粘附性和靈活性，能夠緊密貼敷人體表面，滿足形變要求，也可以減小運動偽影的影響。本發明的壓阻傳感器具有高靈敏度，在低壓力區間(小于3kPa)高達238.9 kPa?1，在高壓力區域達到12.3kPa?1，其總的壓力敏感區間由可達到16kPa以上。本發明的柔性壓阻傳感器制備方法簡單新穎，成本低廉，性能優越，在電子皮膚等傳感領域顯現出較大的潛力和優勢。

技術領域

本發明屬于傳感器領域，涉及一種基于多巴胺修飾聚吡咯導電水凝膠的高靈敏度壓阻傳感器及其制備方法。

背景技術

隨著科技的不斷發展，市場對人工智能相關的可穿戴設備需求日益強烈，這些設備可以集成到人體上并實現各種功能，如移動計算、健康監測、活動跟蹤和醫療康復、環境檢測等。柔性壓力傳感器作為其核心組件之一，研發和應用正向著集成化和智能化的方向迅速崛起，并在檢測人體生理參數方面起到非常重要的作用，例如實時監測病人動脈脈搏、測量動物輸尿管的蠕動頻率等。其中，柔性壓阻傳感器因其具有制備簡單、成本低、信號采集便捷等優點，成為目前研究的熱點。一般地，柔性壓阻傳感器主要由三個基本組成部分構成，分別是：壓敏感應層、電極層以及封裝層，其中壓敏感應層材料是其核心部件。目前，傳感材料多由柔性基底與導電填料組成的復合材料制備得到的，其中導電填料多數是由無機碳基納米材料如碳納米顆粒(NPs)、碳納米管(CNT)和石墨烯組成，然而碳材料在柔性基體中存在著分散性差的特點，且價格昂貴，不適用于大規模生產。且上述導電復合材料應用于柔性電子器件時缺乏皮膚粘附性，易造成運動偽影，碳材料的引入大大降低器件的透明性，不利于時時觀測運動物體。

目前大多數柔性壓阻傳感器的壓敏感應層由一系列表面凹模具制備微凸起結構，模具多采用光刻的手段制備得到的硅片凹模。這些模具制備出來的微凸起首先接觸到電極，當外界載荷不斷增大，表面微凸起與電極的接觸面積會通過微凸起的變形而增加，相比于平面壓敏感應層，具有微凸起的壓敏感應層在承受外力的過程中，接觸電阻與本征電阻同時發生改變，從而有效提高器件的靈敏度。但當前這種以硅片為模具的光刻制備工藝，受單晶硅生長工藝的先之，不適用于大面積制備工藝，在生產制造困難的同時還要面臨高昂的成本。

實際上，導電水凝膠以其在組織工程等領域方面的應用表明，其具有優良的生物相容性；在機械性能方面，隨著雙網絡水凝膠及納米復合材料增強的水凝膠等方面的發展，已經得到明顯的改善；在電導率方面，由于水凝膠內部含有大量的水，易于將電子導電填料與粒子導電材料引入其中，實現優異的電學傳輸性能，所以導電水凝膠將成為柔性傳感器的重要備選材料。而導電高分子復合材料兼具壓阻特性和柔性，可成為傳統無機導電填料有力的競爭對象。結構方面，絲網印刷工藝所用的工具較為簡單，即不同目數的篩網，以篩網為模具，在一定的應力下壓制預凝膠，并保持應力條件下凝膠，可實現具有微結構導電水凝膠基壓敏感應層的制備。

綜上，如果能開發出一種兼具導電性和高彈性，并具有皮膚粘附性和透明性的復合材料，同時開發一種新的工藝技術，實現低成本、簡易地制備壓敏感應層的表面微凸起，以上問題就可以得到解決，更進一步擴展柔性壓阻傳感器人機交互方面所需的多功能性。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種基于多巴胺修飾聚吡咯導電水凝膠的高靈敏度壓阻傳感器及其制備方法。

一種基于多巴胺修飾聚吡咯導電水凝膠的高靈敏度壓阻傳感器，所述傳感器包括壓敏感應層，壓敏感應層兩側設有電極層，器件由柔性保護層封裝，所述的壓敏感應層基于多巴胺修飾聚吡咯導電水凝膠制備而成，且表面具有均勻微突起，微突起的高度為15-20μm。

進一步的，所述的壓敏感應層的厚度范圍為800μm-1000μm，所述的導電水凝膠為楊氏模量為50kPa-55kPa的導電水凝膠材料。