【技术实现步骤摘要】
：本专利技术通过原位聚合-氢键交联策略构建具有ph调控的水凝胶膜触觉传感器的制备，属于可穿戴传感领域。
技术介绍
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技术介绍
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1、可穿戴触觉传感器可实时监测人体相关生理参数，如脉搏跳动、心率、发声、关节运动及运动频率等。当相关参数发生微小变化时，传感器可及时提醒用户，保障用户及时就医，避免突发疾病。因此，通过开发高性能可穿戴传感器有利于缓解由于气候变化及人口老龄化导致医疗压力。
2、传感材料是传感器的核心。二甲基硅氧烷(pdms)和聚氨酯(pu)等弹性材料被广泛用于制备电容式的触觉传感器。然而这些材料弹性形变小导致制备的传感器量程窄且灵敏度低，限制了其应用范围。针对这一问题，研究者通过在弹性材料中造孔或者将其微结构化改善传感性能(simin masihi,acs sens.2021,6,938–949；longquan ma，j.mater.chem.c,2018,6,13232-13240)。尽管上述方法可提高传感器灵敏度，但是其加工繁琐且量程仍然较窄。因此，开发具有高形变量的材料成为提高灵敏度、拓宽量程的有效策略。
3、双网络水凝胶通过亲水性高分子链段的化学和物理交联制备而成。在受到应力作用时，其强共价(化学)交联网络保持水凝胶结构不变，而弱的物理交联键发生断裂，耗散外界应力；当应力撤销后，可逆的物理作用重新形成。因此，该类水凝胶已被用于制备高灵敏和宽量程的触觉传感器(ming-jie yin,nano energy,2019,58,96-104)。然而，这类传感器存在着低压力下灵敏度
4、本专利技术以强共价交联网络作为第一网络及氢键供体，引入另一高分子作为氢键受体，二者之间由于氢键作用形成第二网络，成功制备双交联网络水凝胶膜。利用氢键供体的ph响应性，可调控高分子链段之间的氢键密度，进而改变水凝胶膜的机械性能。高ph下，部分氢键断开，水凝胶膜杨氏模量下降，在低压力下形变高，即低压力下高灵敏；低ph下，氢键密度增加，水凝胶膜杨氏模量增大，高压力下产生高形变，即高压力下高灵敏。因此，通过将传感器浸入不同ph溶液可以调控其不同压力下灵敏度，实现单一水凝胶膜传感器在不同测试环境(压力)均具有高灵敏特性。该触觉传感器具有性能可调控、微型化、可集成等优势，为拓宽柔性传感器件的实际应用具有重要的科学意义。
技术实现思路
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技术实现思路
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1、本专利技术的目的是制备一种在不同医疗应用场景(不同压力范围)内均具有高灵敏的可穿戴触觉传感器。通过氢键供体单体与氢键受体聚合物水溶液在紫外光下聚合交联获得具有化学交联(共价交联)和物理交联(氢键交联)的双交联网络水凝胶膜。通过ph调控氢键密度，实现水凝胶膜在不同压力下均具有高形变特性，获得单一触觉传感器在不同应用场景下具有高灵敏优势，高效监测人体不同部位的健康状态。
2、具ph调控的水凝胶膜触觉传感器制备包括以下几个步骤：
3、(1)将氢键供体单体和氢键受体聚合物按照一定比例溶解在去离子水中，搅拌至充分溶解；
4、(2)称取交联剂和光引发剂加至步骤(1)的溶液中继续搅拌至完全溶解；
5、(3)将上述搅拌均匀的溶液添加至模具中(可根据需求选取不同模具)，在紫外光诱导下聚合一段时间，脱模后，可获得双交联网络水凝胶膜；
6、(4)将步骤(3)中水凝胶膜根据需要浸泡在不同ph溶液中，调控水凝胶膜的机械性能；
7、步骤(4)中根据需要浸泡在不同ph溶液中指的是一次性在所需的ph溶液中浸泡，或两次或多次根据不同的应用场景随时在不同的ph溶液中对应转换浸泡。
8、本专利技术步骤(1)去离子水含量为溶液质量分数的30％-80％；氢键供体单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、双键修饰的海藻酸；氢键受体聚合物选自聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚乙烯基吡啶、聚乙烯基恶唑啉；氢键供体和氢键受体二者摩尔比为10:1到1:10；步骤(2)中交联剂和引发剂分别为氢键供体单体质量分数的0.01％-1％及0.05％-3％；步骤(3)中光聚合使用的紫外光功率密度为100-900mw cm-2，时间为10-200s；步骤(4)中ph范围0-14。
9、具有ph调控的水凝胶膜触觉传感器的评价步骤为：
10、(1)将固定尺寸的水凝胶膜通过导线与lcr表连接，形成导电回路；
11、(2)水凝胶膜置于测力计的平台上进行应力传感测试；
12、(3)测试过程中，施加的电压固定为0.1v，通过lcr表实时监测压缩过程中电容的变化，通过电容变化值表征传感材料的响应性能。
13、本专利技术制备的具有ph调控的水凝胶膜用于制备触觉传感器，在不同压力下均具有高灵敏度。
14、本专利技术的技术原理
15、本专利技术采用共价交联的聚合物为水凝胶膜的共价三维交联网络及氢键供体，通过加入具有氢键受体的聚合物，制备了具有化学交联(共价)和物理交联(氢键)的双交联网络水凝胶膜。基于氢键供体中-cooh具有ph响应特性，调控二者氢键交联密度。在高ph下如碱性条件下，氢键供体链段发生去质子化，两种聚合物间氢键断裂，降低了水凝胶膜的杨氏模量，增强了其在低压力下形变量，提高了低压力使用下的灵敏度；在低ph下如酸性条件下，氢键供体链段质子化，两种聚合物间氢键密度提高，增大了水凝胶膜的杨氏模量，增强了其在高压力下形变量，提高了高压力使用下的灵敏度，上述高压和低压是相对的高压和低压，具体的材料对应的压力不同。因此，通过ph调控单一传感器的结构，即可实现水凝胶膜在不同应用场景(压力)下均具有高灵敏度的特性。
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1.一种性能可调的水凝胶膜触觉传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中去离子水含量为溶液质量分数的30％-80％。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中氢键供体单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、双键修饰的海藻酸；氢键受体聚合物选自聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚乙烯基吡啶、聚乙烯基恶唑啉。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中氢键供体和氢键受体二者摩尔比为10:1到1:10。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中交联剂和引发剂分别为氢键供体单体质量分数的0.01％-1％及0.05％-3％。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，光聚时使用的紫外光功率密度为100-900mW cm-2，时间为10-200s。
7.按照权利要求1-6任一项所述的方法制备得到的一种具pH调控的水凝胶膜触觉传感器。
8.按照权利要求1-4任一项所述的方法制备得到的一种具pH调控的水凝胶膜触觉传感器的应
9.按照权利要求8所述的应用，根据需要浸泡在不同pH溶液中指的是一次性在所需的pH溶液中浸泡，或两次或多次根据不同的应用场景随时在不同的pH溶液中对应转换浸泡。
10.按照权利要求8所述的应用，在高pH的碱性条件下，氢键供体链段发生去质子化，两种聚合物间氢键断裂，降低了水凝胶膜的杨氏模量，增强了其在低压力下形变量，提高了低压力使用下的灵敏度；在低pH酸性条件下，氢键供体链段质子化，两种聚合物间氢键密度提高，增大了水凝胶膜的杨氏模量，增强了其在高压力下形变量，提高了高压力使用下的灵敏度，上述高压和低压是相对的高压和低压，具体的材料对应的压力不同。
...【技术特征摘要】
1.一种性能可调的水凝胶膜触觉传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中去离子水含量为溶液质量分数的30％-80％。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中氢键供体单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、双键修饰的海藻酸；氢键受体聚合物选自聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚乙烯基吡啶、聚乙烯基恶唑啉。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中氢键供体和氢键受体二者摩尔比为10:1到1:10。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中交联剂和引发剂分别为氢键供体单体质量分数的0.01％-1％及0.05％-3％。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，光聚时使用的紫外光功率密度为100-900mw cm-2，时间为10-200s。...
【专利技术属性】
技术研发人员：殷明杰，许冰冰，刘燕欣，朱雅婷，安全福，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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