[發明專利]一種碳材料復合凝膠及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110636459.0
• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113265084B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 吳進;楊醒;吳子軒
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C08J7/12
• 分類號: C08J7/12;C08J3/24;C08J3/075;C08L5/00;C08K5/053;C08K3/16;G01L1/18;G01L9/06
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林坤華

本發明公開了一種碳材料復合凝膠及其制備方法和應用，凝膠表面覆蓋修飾了碳材料，可以進一步用作應變傳感器，當待測應力施加在凝膠上時導致表面碳材料薄膜發生形變，待測應力大小的變化影響凝膠和碳材料薄膜中離子的遷移和電子的運動，從而產生電學信號，形成凝膠對待測應變壓力的響應，而且可使應變傳感器具備優異的可拉伸性和柔性，疏水性，應變系數大，應變響應能力強，在檢測較小的應變時仍能表現出迅速穩定的響應，且響應穩定性較好，可以更好地排除環境的干擾，還具有良好的抗凍性，能廣泛應用于可穿戴設備、人機界面、柔性機器人或電子皮膚等多種設備中。

技術領域

本發明涉及傳感器技術領域，更具體地，涉及一種碳材料復合凝膠及其制備方法和應用。

背景技術

隨著物聯網的普及和可穿戴設備的發展，柔性顯示與柔性傳感技術在智能設備領域扮演著越來越重要的角色，能夠對周圍環境中的包括溫度、濕度及壓力變化等參數做出準確響應的柔性傳感器正是市場上迫切需要的，也是這些設備的核心部件。與此同時，在電子皮膚、人機交互以及智能機器人等應用領域，響應迅速的柔性傳感器亦是其中不可或缺的一環。

作為一種具有良好的可拉伸性、透明性和生物相容性的新型材料，高分子水凝膠便成為了柔性傳感應用中的優良候選者。高分子水凝膠是一種具有親水性的高分子交聯成三維網絡并吸收一定水分后形成的凝膠，其主要成分一般有高分子聚合物、水、交聯劑以及引發劑。在給定的特定光熱等條件和引發劑的催化作用下，聚合物單體就能夠交聯形成三維網絡，同時鎖住添加的水分，最終呈現出具有固定形貌的凝膠狀外觀。在各項傳感應用中，通過構建堅韌的互連網絡的同時引入導電機制，水凝膠就能夠把所需檢測的外界刺激轉化為電信號來達到傳感的目的。然而，目前報道的水凝膠應變傳感器的應變系數(即拉伸單位長度時相對電阻變化值)普遍較低，這使得它們在承受較低應力時產生的相對電阻變化響應過小導致容易受到其余外界刺激的干擾。與此同時，為了滿足越來越復雜的使用環境和更加多樣且精密的測量指標的需求，如何讓凝膠在作為應變傳感器使用時能夠在寒冷干燥等惡劣環境下仍對外界刺激做出穩定且準確的響應也是我們亟需解決的問題。中國專利CN111234112A公開了一種水凝膠柔性應變傳感器及其制備方法，其中公開了一種雙網絡水凝膠，具有一定的抗凍性，可以制成傳感器，在寒冷環境下使用，但由于凝膠的表面親水，外界水分會影響電導率，且應變系數小，易受外界干擾。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有高分子水凝膠作為應變傳感器易受外界水分影響，從而影響電導率，且應變系數小，易受外界干擾的缺陷和不足，提供一種碳材料復合凝膠，在雙網絡結構的凝膠表面修飾碳材料，賦予凝膠高電導率和高疏水性的特性，作為應變傳感器，不僅不影響其感受應力變化性能，還有效隔絕外界水分，提高凝膠電導率，且還提高了應變系數，不易受外界干擾。

本發明的又一目的是提供一種碳材料復合凝膠的制備方法。

本發明的另一目的是提供一種碳材料復合凝膠的應用。

本發明上述目的通過以下技術方案實現：

一種碳材料復合凝膠，包括聚合物網絡、覆蓋在凝膠表面的碳材料薄膜、溶劑和電解質鹽，所述聚合物網絡包括第一聚合物形成的第一聚合物網絡和第二聚合物形成的第二聚合物網絡。