本发明专利技术提供了一种基于超疏水及导电复合水凝胶的可穿戴应变传感器。通过在拉伸弹性体Ecoflex表面均匀沉积微型二氧化硅颗粒，制备超疏水膜作为可穿戴传感器的外层，该膜在拉伸条件下可保持超疏水稳定性，并将水凝胶P(AAm
【技术实现步骤摘要】
一种基于超疏水及导电复合水凝胶的可穿戴应变传感器
[0001]本专利技术属于材料科学领域，尤其涉及一种基于超疏水及导电复合水凝胶的可穿戴应变传感器。
技术介绍
[0002]近十年来，可穿戴应变传感器因其在检测人类活动、电子、机器人等领域的潜在应用前景，吸引了广泛的投资关注。
[0003]目前，超疏水传感器是可穿戴传感器的重要研发方向之一。超疏水表面可有效降低液体环境对传感器的影响，从而大大拓展了可穿戴传感器的应用范围。超疏水表面缩小了液滴的接触面积，使液体悬浮在表面，有效避免了液滴对导电层的干扰。目前研发的超疏水应变传感器，有Bichitra和同事报道的一种用3D纳米褶皱模板法制备的基于聚二甲基硅氧烷材料的超疏水应变传感器，和Zhang等人制备的由导电碳纳米管和聚吡咯
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聚多巴胺
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聚全氟癸基三甲氧基硅烷组成的应变传感器，均表现出优秀的超疏水性。
[0004]此外，制备可穿戴传感器的另一种重要材料为水凝胶。水凝胶作为一种多功能材料，可以为可穿戴应变传感器的内表面提供多种功能。导电复合水凝胶因其可携带性、灵活性、敏感性及出色的导电性被广泛用于多功能可穿戴柔性传感器的制备，具有良好的应用前景。目前，制备水凝胶应变传感器的主流方法是将碳基材料加入到水凝胶中。MXene作为一种优秀的2D过渡金属碳基材料，具有优异的金属导电性、亲水性、易加工性、高比表面积和高机械强度，将其加入水凝胶中，可制备出具备的拉伸性、抗菌性、自粘性、自愈性和自清洁性的导电复合水凝胶，被广泛应用于导电复合水凝胶的制备。
[0005]然而，受限于超疏水表面的这类高分子材料，目前的超疏水可穿戴传感器内表面缺失抗菌性和自粘性，限制了它们的日常使用。同时，在柔性传感器领域，越敏感的传感器越容易收到外界环境的影响，因导电复合水凝胶具有高敏感性，所以容易受到汗液，饮料和雨滴等液体的干扰。当导电复合水凝胶单独使用时，可穿戴应变传感器的应用范围会收到极大限制，无法制成具有广泛应用前景的可穿戴应变传感器。虽有一些研究者报道了超疏水性表面的水凝胶，但这种水凝胶的疏水性能并不稳定，日常应用中，在环境刺激下(如拉伸，pH值和温度)，超疏水微粒之间的距离增大，将导致水凝胶的超疏水表面失去超疏水性。
技术实现思路
[0006]本专利技术提供了一种基于超疏水及导电复合水凝胶的抗液体干扰、抗菌和自粘附的可穿戴应变传感器，具体技术方案如下：
[0007]本专利技术公开了一种可穿戴应变传感器，其特征在于：从外到内依次为超疏水层，第一基质层，粘合层，第二基质层，抗菌导电层。
[0008]优选地，所述超疏水层为二氧化硅薄膜，第一基质层和第二基质层为Ecoflex薄膜，粘合层为硅酮粘合剂，抗菌导电层为加入纳米银的P(AAm
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co
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HEMA)
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MXene导电水凝胶。
[0009]所述的可穿戴应变传感器，其特征在于，制备方法为：
[0010](1)将Ecoflex的A部分和B部分混合后旋涂，固化得到Ecoflex薄膜；所述A部分为预聚物，B部分为引发剂和交联剂；
[0011](2)将Ecoflex薄膜预拉伸并固定；将A、B部分的混合物旋涂在拉伸的Ecoflex薄膜上；之后，将基底水平保持并在薄膜上均匀地涂覆二氧化硅颗粒，抖落未粘附的微粒；最后，得到固化的Ecoflex/二氧化硅薄膜；
[0012](3)将Ecoflex的A、B部分混合后旋涂，固化；然后，将Ecoflex薄膜浸泡在二苯甲酮乙醇溶液中，用氩气干燥；接着，将水凝胶溶液倒在表面处理过的Ecoflex薄膜上，用紫外光照射，并将水凝胶中的聚合物共价接枝到Ecolex薄膜表面上；之后，将亚甲基双丙烯酰胺溶液和四甲基乙二胺分别加入到上述溶液中反应，在Ecoflex薄膜上得到导电水凝胶；
[0013](4)将与Ecoflex薄膜结合的导电水凝胶浸泡在硝酸银溶液中；用蒸馏水清洗后，将银盐负载的水凝胶浸泡在NaBH4溶液中得到水凝胶复合物；然后，将水凝胶复合物洗涤并在蒸馏水中浸泡，在Ecoflex薄膜上得到导电及抗菌水凝胶；
[0014](5)将Ecoflex/二氧化硅薄膜用弹性硅酮胶表面粘附在Ecoflex薄膜的导电及抗菌水凝水凝胶上。
[0015]应当注意的是，本专利技术所述的方法步骤并非严格按照次序进行，例如，可以先执行步骤(3)和(4)，制造Ecoflex/导电水凝胶层，本领域技术人员能够根据常规技术手段和本专利技术公开的内容对制造的步骤进行调整。
[0016]本专利技术中所指的Ecoflex具体为美国SmoothOn公司所生产的Ecoflex硅胶0030，其中的A部分和B部分分别为Ecoflex硅胶0030的A液和B液。
[0017]优选地，步骤(1)中所述的旋涂参数为4500rpm。
[0018]优选地，步骤(2)中所述的Ecoflex薄膜预拉伸至200％。
[0019]优选地，步骤(2)中所述的Ecoflex/二氧化硅薄膜的厚度为200
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300μm。
[0020]优选地，步骤(3)中所述的旋涂参数为3000rpm。
[0021]优选地，A部分和B部分的质量比为1:1。
[0022]优选地，步骤(3)中所述的固化时间为12h。
[0023]本专利技术还公开了一种电子产品，其特征在于，包括上述的可穿戴应变传感器。
[0024]进一步地，所述的可穿戴应变传感器，其特征在于，所述超疏水层具有超疏水特性，具体表现为传感器表面与水滴的接触角大于150度，弯曲角度大于13度时水滴无法停留在表面，并在拉伸至200％时任具有良好的超疏水性能。
[0025]进一步地，所述的可穿戴应变传感器，其特征在于：在P(AAm
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co
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HEMA)
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MXene导电水凝胶中加入纳米银使其具有良好的抑菌效果，具体表现为P(AAm
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co
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HEMA)
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MXene
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AgNPs水凝胶能有效抑制大肠杆菌、耐药大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长和繁殖。
[0026]进一步地，所述的可穿戴应变传感器，其特征在于：应变为0
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60％、60
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100％和100
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120％时，对应不同的应变灵敏度因数分别为3.36、3.72和4.08；其测量的响应时间约为120ms，接近于人体皮肤的反应时间；
[0027]电导率具有稳定性和可重复性，具体表现为：在50％拉伸应变下400次实验的电阻变化输出几乎一致，且实验后电阻变化的输出仍然稳定。
[0028]进一步地，所述的可穿戴应变传感器，其特征在于：P(AAm
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co
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HEMA)
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MXene
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AgNPs水凝胶在不添加额外化学品的情本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可穿戴应变传感器，其特征在于：从外到内依次为超疏水层，第一基质层，粘合层，第二基质层，抗菌导电层。2.一种可穿戴应变传感器，其特征在于：所述超疏水层为二氧化硅薄膜，第一基质层和第二基质层为Ecoflex薄膜，粘合层为硅酮粘合剂，抗菌导电层为加入纳米银的P(AAm
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co
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HEMA)
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MXene导电水凝胶。3.根据权利要求1
‑
2任一项所述的可穿戴应变传感器，其特征在于，制备方法为：(1)将Ecoflex的A部分和B部分混合后旋涂，固化得到Ecoflex薄膜；所述A部分为预聚物，B部分为引发剂和交联剂；(2)将Ecoflex薄膜预拉伸并固定；将A、B部分的混合物旋涂在拉伸的Ecoflex薄膜上；之后，将基底水平保持并在薄膜上均匀地涂覆二氧化硅颗粒，抖落未粘附的微粒；最后，得到固化的Ecoflex/二氧化硅薄膜；(3)将Ecoflex的A、B部分混合后旋涂，固化；然后，将Ecoflex薄膜浸泡在二苯甲酮乙醇溶液中，用氩气干燥；接着，将水凝胶溶液倒在表面处理过的Ecoflex薄膜上，用紫外光照射，并将水凝胶中的聚合物共价接枝到Ecolex薄膜表面上；之后，将亚甲基双丙烯酰胺溶液和四甲基乙二胺分别加入到上述溶液中反应，在Ecoflex薄膜上得到导电水凝胶；(4)将与Ecoflex薄膜结合的导电水凝胶浸泡在硝酸银溶液中；用蒸馏水清洗后，将银盐负载的水凝胶浸泡在NaBH4溶液中得到水凝胶复合物；然后，将水凝胶复合物洗涤并在蒸馏水中浸泡，在Ecoflex薄膜上得到导电及抗菌水凝胶；(5)将Ecoflex/二氧化硅薄膜用弹性硅酮胶表面粘附在Ecoflex薄膜的导电及抗菌水凝水凝胶上。4.根据权利要求1
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2任一项所述的可穿戴应变传感器，其特征在于，所述超疏水层具有超疏水特性，具体表现为传感器表面与水滴的接触角大于150度，弯曲角度大于13度时水滴无法停留在表面，并在拉伸至200％时任具有良好的超疏水性能。5.根据权利要求2所述的可穿戴...
【专利技术属性】
技术研发人员：张轩，何刘思源，方子怡，吴蓁蓁，李延，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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