一种水凝胶柔性传感器及其制备方法技术

本专利申请提供了一种水凝胶柔性传感器及其制备方法。该水凝胶柔性传感器包括：双网络结构水凝胶、金属箔和封装结构，所述双网络结构水凝胶包括相互交联的第一层藻类多糖刚性网络和第二层聚(N

【技术实现步骤摘要】
一种水凝胶柔性传感器及其制备方法


[0001]本专利申请属于高分子材料化学领域，具体涉及一种水凝胶柔性传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着物联网的快速发展和可穿戴电子设备需求的不断增长，柔性传感器尤其是柔性水凝胶因其高拉伸性、可调机械性能和独特的离子通路等特性而备受关注。
[0003]但现有的柔性水凝胶仍存在许多限制其广泛应用的固有缺陷。例如，现阶段导电水凝胶柔性传感器在工作时需要外接恒定的电流以维持稳定的信号输出，但这对于水凝胶柔性传感器的集成和便携是不利的。因此，如何解决导电水凝胶基柔性传感器的能量驱动问题是一项艰巨的挑战。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本专利申请的目的之一在于提供一种具有自供电特性的水凝胶柔性传感器。本专利申请的另一个目的在于提供该水凝胶柔性传感器的制备方法，该方法制备过程简单，实验可控性强。
[0005]一方面，本专利申请提供一种水凝胶柔性传感器，该水凝胶柔性传感器包括：双网络结构水凝胶、金属箔和封装结构，所述双网络结构水凝胶包括相互交联的第一层藻类多糖刚性网络和第二层聚(N
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羟乙基丙烯酰胺
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共聚
‑
丙烯酸)/氯化钙柔性网络，所述金属箔的一侧与所述双网络结构水凝胶的表面相固定；所述封装结构对所述双网络结构水凝胶与金属箔进行封装。
[0006]根据本专利申请的水凝胶柔性传感器，优选地，所述金属箔为铝箔、铜箔、银箔和金箔中的一种或者几种。
[0007]根据本专利申请的水凝胶柔性传感器，优选地，所述封装结构包括第一封装层和第二封装层，所述第一封装层和所述第二封装层将所述双网络结构水凝胶以及所述金属箔与所述双网络结构水凝胶表面相固定的一侧夹持封装。
[0008]根据本专利申请的水凝胶柔性传感器，优选地，所述封装结构的材料为胶带、聚二甲基硅氧烷弹性体、铂金硅胶和普通硅胶中的一种或者几种。
[0009]根据本专利申请的水凝胶柔性传感器，优选地，所述第一层刚性藻类多糖为琼脂糖、卡拉胶、褐藻胶中的一种或者几种。
[0010]根据本专利申请的水凝胶柔性传感器，优选地，所述双网络结构水凝胶，包括相互交联的第一层琼脂糖刚性网络和第二层聚(N
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羟乙基丙烯酰胺
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共聚
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丙烯酸)/氯化钙柔性网络，其中，氯化钙溶液中的钙离子和丙烯酸的羧酸离子形成金属配位。
[0011]根据本专利申请的水凝胶柔性传感器，优选地，所述双网络结构水凝胶由以下质量份数物质构成：0.5％～2％琼脂糖(Agarose)、25％～55％N
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羟乙基丙烯酰胺(HEAA)、 10％～30％氯化钙、0％～3.75％丙烯酸(AA)、加入量为HEAA 1mol％的2
‑
羟基
‑4’‑
(2
‑ꢀ
羟
乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮(I2959)，余量为水。
[0012]另一方面，本专利申请提供上述水凝胶柔性传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0013]S1分别称取适量琼脂糖(Agarose)、N
‑
羟乙基丙烯酰胺(HEAA)、氯化钙(CaCl2)、丙烯酸(AA)、2
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羟基
‑4’‑
(2
‑
羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮(I2959)和水溶于玻璃瓶中，在温度为75～95℃条件下搅拌后至溶液中的组分全部溶解；
[0014]S2将步骤S1所得澄清透明溶液注入预先准备好的透明模具中，室温下静置30～120分钟；
[0015]S3将步骤S2中的模具置于紫外灯下聚合，得到双网络结构水凝胶；
[0016]S4采用超高粘性胶带将步骤S3中的双网络结构水凝胶与铜箔封装，组装成水凝胶柔性传感器。
[0017]进一步，本专利申请水凝胶柔性传感器的制备方法，所述步骤“S1分别称取适量琼脂糖(Agarose)、N
‑
羟乙基丙烯酰胺(HEAA)、氯化钙(CaCl2)、丙烯酸(AA)、2
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羟基
‑4’‑
(2
‑
羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮(I2959)和水溶于玻璃瓶中，搅拌后至溶液中的组分全部溶解”，包括：
[0018]分别称取质量份数为1％琼脂糖(Agarose)、40％N
‑
羟乙基丙烯酰胺(HEAA)、30％氯化钙(CaCl2)、2.5％丙烯酸(AA)、加入量为HEAA单体量的1mol％2
‑
羟基
‑4’‑
(2
‑ꢀ
羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮(I2959)、余量为水溶于玻璃瓶中，搅拌后至溶液中的组分全部溶解”。
[0019]进一步，本专利申请中水凝胶柔性传感器的制备方法，所述步骤S3中的聚合是在将模具置于8瓦365纳米紫外灯下聚合1小时。
[0020]本专利申请提供了一种水凝胶柔性传感器，该水凝胶柔性传感器包括：双网络结构水凝胶、金属箔和封装结构，所述双网络结构水凝胶包括相互交联的第一层藻类多糖刚性网络和第二层聚(N
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羟乙基丙烯酰胺
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共聚
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丙烯酸)/氯化钙柔性网络，所述金属箔的一侧与所述双网络结构水凝胶的表面相固定；所述封装结构对所述双网络结构水凝胶与金属箔进行封装。本专利身中的双网络结构水凝胶例如可以是琼脂糖/聚(N
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羟乙基丙烯酰胺
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共聚
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丙烯酸)/ 氯化钙双网络(Agarose/P(HEAA
‑
co
‑
AA)/CaCl2)水凝胶。该水凝胶通过构建Agarose刚性网络和P(HEAA
‑
co
‑
AA)/CaCl2柔性网络，形成了双网络结构；并利用Ca
2+
与丙烯酸(AA)上的
‑
COO
‑
的金属配位提高水凝胶的交联密度，从而制备具有高韧性的双网络水凝胶基底。进一步，采用封装结构，例如超粘性的胶带，例如3M VHB胶带对水凝胶与金属箔，例如铜箔进行封装，组装成自供电柔性传感器。将该柔性传感器贴于人体皮肤上，在人体运动过程中它能够基于静电感应效应自发产生电压信号，根据产生的电压信号我们能够在无需外接电源的条件下对人体运动进行监测，即在工作时无需外接恒定的电流以维持稳定的信号输出，有利于水凝胶柔性传感器的集成和方便携带。
[0021]本专利申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利申请的实践了解到。
附图说明
[0022]本专利申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0023]图1是本专利申请实施例中双网本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水凝胶柔性传感器，其特征在于，包括：双网络结构水凝胶，包括相互交联的第一层藻类多糖刚性网络和第二层聚(N
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羟乙基丙烯酰胺
‑
共聚
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丙烯酸)/氯化钙柔性网络；金属箔，所述金属箔的一侧与所述双网络结构水凝胶的表面相固定；封装结构，所述封装结构对所述双网络结构水凝胶与金属箔进行封装。2.如权利要求1所述的水凝胶柔性传感器，其特征在于，所述金属箔为铝箔、铜箔、银箔和金箔中的一种或者几种。3.如权利要求1所述的水凝胶柔性传感器，其特征在于，所述封装结构包括第一封装层和第二封装层，所述第一封装层和所述第二封装层将所述双网络结构水凝胶以及所述金属箔与所述双网络结构水凝胶表面相固定的一侧夹持封装。4.如权利要求1所述的水凝胶柔性传感器，其特征在于，所述封装结构的材料为胶带、聚二甲基硅氧烷弹性体、铂金硅胶和普通硅胶中的一种或者几种。5.如权利要求1所述的水凝胶柔性传感器，其特征在于，所述第一层刚性藻类多糖为琼脂糖、卡拉胶、褐藻胶中的一种或者几种。6.如权利要求5所述的水凝胶柔性传感器，其特征在于，所述双网络结构水凝胶包括相互交联的第一层琼脂糖刚性网络和第二层聚(N
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羟乙基丙烯酰胺
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共聚
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丙烯酸)/氯化钙柔性网络，其中，氯化钙溶液中的钙离子和丙烯酸的羧酸离子形成金属配位。7.如权利要求6所述的水凝胶柔性传感器，其特征在于，所述双网络结构水凝胶由以下质量份数物质构成：0.5％～2％琼脂糖(Agarose)、25％～55％N
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羟乙基丙烯酰胺(HEAA)、10％～30％氯化钙、0％～3.75％丙烯酸(AA)、加入量为HEAA 1mol％的2
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羟基
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(2
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羟乙氧基)
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甲基苯丙酮(I2959)，余量为水。8.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤力，汤建新，伍绍吉，李有为，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：