一种可重复使用的水凝胶基封装式传感器件的制备方法技术

本发明专利技术涉及柔性传感器制备技术领域，具体涉及一种可重复使用的水凝胶基封装式传感器件的制备方法。以交联剂和成膜基质为原料制备水凝胶薄膜，并以水凝胶薄膜作为导线的封装材料形成可重复使用的水凝胶基封装式传感器件，所述导线由导电凝胶注射而成。本发明专利技术通过外部封装策略，解决目前水凝胶应变传感器所存在的保水性差以及不可重复使用等缺陷，提供一种可重复使用的水凝胶基封装式传感器件的制备方法，用于制造具有高寿命和良好可重复使用性的柔性封装凝胶应变传感器。柔性封装凝胶应变传感器。柔性封装凝胶应变传感器。

【技术实现步骤摘要】
一种可重复使用的水凝胶基封装式传感器件的制备方法


[0001]本专利技术涉及柔性传感器制备
，具体涉及一种可重复使用的水凝胶基封装式传感器件的制备方法。

技术介绍

[0002]柔性应变传感器因其在可穿戴设备、电子皮肤、柔性器械，特别是人体运动和健康监测传感器中的潜在应用而受到广泛关注。导电水凝胶作为一种新兴的材料，由于其化学性质可调，良好的类人体皮肤弹性模量，以及对多种外界因素的可逆响应，被广泛应用于柔性电子产品的制造。目前，人们正致力于开发具有可伸缩性、粘附性、自愈性和生物相容性等多功能的导电水凝胶应变传感器。同时，大多数研究都集中在获得高灵敏度、大的工作范围和快速响应等优异传感器性能上。但是，裸露水凝胶传感器不可避免地会因蒸发而失水，导致机械和电学性能大大降低，进而导致传感结果不准确。其次，文献中基于水凝胶的传感器很少被证明具有可重用性。显然，这两种情况都会产生过期或不可重复使用的水凝胶传感器产生的电子垃圾，并增加制造新传感器所需的原材料数量，这将扩大环境和经济负担。最近，通过在导电水凝胶基质中引入一系列防冻剂(如乙二醇和甘油)的防冻策略已被证明能显著降低冰点并抑制水分流失过程。然而，在导电水凝胶中加入有机溶剂后，大多会形成相对脆性的网络，使其电导率和力学性能降低，从而导致传感性能变差。另一方面，通过重塑工艺，人们开发了几种可重复使用的水凝胶传感器。但是，水凝胶传感器重塑的制作过程复杂且耗时，而且重塑的水凝胶通常不能产生与新制备的传感器相同的传感结果，这表明这些方法的重复性是不可接受的。因此，开发集良好的传感性能、更高的寿命和可靠的可重用性于一体的水凝胶应变传感器仍然是非常有必要的。

技术实现思路

[0003]基于上述内容，本专利技术通过外部封装策略，解决目前水凝胶应变传感器所存在的保水性差以及不可重复使用等缺陷，提供一种可重复使用的水凝胶基封装式传感器件的制备方法，用于制造具有高寿命和良好可重复使用性的柔性封装凝胶应变传感器。
[0004]本专利技术的技术方案之一，一种可重复使用的水凝胶基封装式传感器件，以交联剂和成膜基质为原料制备水凝胶薄膜，并以水凝胶薄膜作为导线的封装材料形成可重复使用的水凝胶基封装式传感器件，所述导线由导电水凝胶注射而成。
[0005]进一步地，所述导电水凝胶导线结构为X型、单线型、平行双线型、井型和S型中的任意一种；所述交联剂为光引发聚合的聚合物单体、热引发聚合的聚合物单体、粘接活性物质和自愈合材料的任意一种；所述成膜基质为海藻酸钠、壳聚糖、明胶、纤维素、细菌纤维素和木质素中的任意一种；所述导电凝胶中的导电物质为碳纳米管、银纳米线和聚(3,4
‑
乙烯二氧噻吩)
‑
聚苯乙烯磺酸中的一种。
[0006]进一步地，所述光引发聚合的聚合物单体为多巴胺和/或丙烯酰胺；所述热引发聚合的聚合物单体为苯乙烯和/或六氯环三聚磷腈；所述粘接活性物质为单宁酸粘合剂和/或
阿拉伯树胶。
[0007]进一步地，所述水凝胶薄膜的制备方法包括以下步骤：
[0008]将Eosin Y置于N
‑
乙烯基吡咯烷酮中混合得到溶液1；
[0009]三乙醇胺溶于水中得到溶液2；
[0010]成膜基质置于水中溶解后搅拌条件下加入交联剂，调节pH值至碱性后搅拌，醇沉、洗涤产物、干燥得到交联产物，交联产物溶于水中得到溶液3；
[0011]溶液1和溶液2加入溶液3中，得到水凝胶前驱体，置于可见光下照射得到水凝胶薄膜；
[0012]所述交联剂为光聚合物单体。
[0013]上述制备过程中，溶液1和溶液2共同构成光引发体系，溶液3中为光聚合前驱体。
[0014]进一步地，所述Eosin Y和N
‑
乙烯基吡咯烷酮的混合比例为(2
‑
8)mg：1mL；
[0015]进一步地，所述溶液2中三乙醇胺的浓度为1
‑
5mol/L；
[0016]进一步地，所述成膜基质、水、光聚合物单体的用量比为1g：80mL：20mL；
[0017]进一步地，所述成膜基质为海藻酸钠，所述光聚合物单体为甲基丙烯酸酐；
[0018]进一步地，调节pH值至碱性具体为使用5M氢氧化钠调节pH值至8；
[0019]进一步地，所述搅拌为4℃、800rpm条件下搅拌24
‑
72h；
[0020]进一步地，所述溶液3中交联产物和水的混合比例为0.2g：10mL；
[0021]进一步地，所述溶液1、溶液2、溶液3的混合体积比为5μL：5μL：2mL。
[0022]进一步地，导电凝胶的制备方法包括以下步骤：
[0023]成膜基质、偶联剂和盐酸多巴胺置于水中混合，氮气搅拌反应得到前驱体1；
[0024]成膜基质、偶联剂和苯硼酸置于水中混合，氮气搅拌反应得到前驱体2；
[0025]前驱体1和前驱体2溶解在水中，加入导电物质，搅拌混匀得前驱体溶液，加碱性溶液搅拌得到导电凝胶。
[0026]进一步地，所述前驱体1中成膜基质、偶联剂和盐酸多巴胺的质量比为1:0.96:0.44；
[0027]进一步地，所述前驱体2中成膜基质、偶联剂和苯硼酸的质量比为1:0.96:0.39；
[0028]进一步地，所述前驱体1和前驱体2的混合质量比为3:1
‑
1:3；
[0029]进一步地，所述导电凝胶中导电物质的浓度为0.5
‑
8wt％；
[0030]进一步地，所述成膜基质为海藻酸钠，所述偶联剂为1
‑
(3
‑
二甲基氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸。
[0031]本专利技术的技术方案之二，上述可重复使用的水凝胶基封装式传感器件的制备方法，包括以下步骤：
[0032](1)以交联剂和成膜基质为原料制备水凝胶薄膜前驱体溶液；
[0033](2)将水凝胶薄膜前驱体溶液浇筑至模具中，将导电凝胶注射在水凝胶薄膜前驱体表面形成导电凝胶导线；
[0034](3)在导电凝胶导线表面再次浇筑水凝胶薄膜前驱体溶液得到可重复使用的水凝胶基封装式传感器件前驱体；
[0035](4)将步骤(3)制得的可重复使用的水凝胶基封装式传感器件前驱体进行封装得到所述可重复使用的水凝胶基封装式传感器件。
[0036]进一步地，所述步骤(2)，水凝胶薄膜前驱体溶液在模具中的浇筑厚度为1.0
‑
4.0mm；所述导电凝胶导线的直径为0.27
‑
0.86mm；所述步骤(3)中浇筑用水凝胶薄膜前驱体溶液和步骤(2)中浇筑用水凝胶薄膜前驱体溶液等量。
[0037]本专利技术的技术方案之三，上述可重复使用的水凝胶基封装式传感器件在可穿戴设备、电子皮肤、柔性器械中的应用。
[0038]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0039]本专利技术可重复使用的水凝胶基封装式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可重复使用的水凝胶基封装式传感器件，其特征在于，以交联剂和成膜基质为原料制备水凝胶薄膜，并以水凝胶薄膜作为导线的封装材料形成可重复使用的水凝胶基封装式传感器件，所述导线由导电水凝胶注射而成。2.根据权利要求1所述的可重复使用的水凝胶基封装式传感器件，其特征在于，所述导电水凝胶导线结构为X型、单线型、平行双线型、井型和S型中的任意一种；所述交联剂为光引发聚合的聚合物单体、热引发聚合的聚合物单体、粘接活性物质和自愈合材料的任意一种；所述成膜基质为海藻酸钠、壳聚糖、明胶、纤维素、细菌纤维素和木质素中的任意一种；所述导电凝胶中的导电物质为碳纳米管、银纳米线和聚(3,4
‑
乙烯二氧噻吩)
‑
聚苯乙烯磺酸中的一种。3.根据权利要求1所述的可重复使用的水凝胶基封装式传感器件，其特征在于，所述水凝胶薄膜的制备方法包括以下步骤：将Eosin Y置于N
‑
乙烯基吡咯烷酮中混合得到溶液1；三乙醇胺溶于水中得到溶液2；成膜基质置于水中溶解后搅拌条件下加入交联剂，调节pH值至碱性后搅拌，醇沉、洗涤产物、干燥得到交联产物，交联产物溶于水中得到溶液3；溶液1和溶液2加入溶液3中，得到水凝胶前驱体，置于可见光下照射得到水凝胶薄膜；所述交联剂为光聚合物单体。4.根据权利要求3所述的可重复使用的水凝胶基封装式传感器件，其特征在于，所述Eosin Y和N
‑
乙烯基吡咯烷酮的混合比例为(2
‑
8)mg：1mL；所述溶液2中三乙醇胺的浓度为1
‑
5mol/L；所述成膜基质、水、光聚合物单体的用量比为1g：80mL：20mL；所述成膜基质为海藻酸钠，所述光聚合物单体为甲基丙烯酸酐；调节pH值至碱性具体为使用5M氢氧化钠调节pH值至8；所述搅拌为4℃、800rpm条件下搅拌24
‑
72h；所述溶液3中交联产物和水的混合比例为0.2g：10mL；所述溶液1、溶液2、溶液3的混合体积比为5μL：5μL：2mL。5.根据权利要求1所述的可重复使用的水凝胶基封装式传感器件，...

【专利技术属性】
技术研发人员：石磊，胥灵晓，赵美金，李勇，赵宁，张文帅，
申请(专利权)人：山东省科学院新材料研究所，
类型：发明
国别省市：