一种水凝胶柔性触觉传感器的制备方法及应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113773445A(43)申请公布日2021.12.10(21)申请号202111012435.4A61B5/00(2006.01)(22)申请日2021.08.31A61B5/11(2006.01)(71)申请人北京工业大学地址100124北京市朝阳区平乐园100号(72)发明人殷明杰李自荣吕天润安全福(74)专利代理机构北京思海天达知识产权代理有限公司11203代理人张立改(51)Int.Cl.C08F271/02(2006.01)C08F283/00(2006.01)C08F257/00(2006.01)C08F220/56(2006.01)C08F222/38(2006.01)C08F2/48(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图5页(54)发明名称一种水凝胶柔性触觉传感器的制备方法及应用(57)摘要一种水凝胶柔性触觉传感器的制备方法及应用，属于柔性可穿戴传感领域。主要包括以下步骤：(1)选用具有氢键络合作用的聚丙烯酰胺和聚乙烯吡咯烷酮制备双网络交联水凝胶；(2)通过引发剂过硫酸铵和交联剂N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺引发丙烯酰胺单体的交联聚合，形成具有化学交联结构和氢键交联结构的超分子水凝胶；(3)在水凝胶制备液中加入导电聚合物络合物聚(3，4‑乙烯二氧噻吩)：聚苯乙烯磺酸，提高水凝胶的电导率；(4)将导电水凝胶前驱体溶液注入到固定模具中，采用紫外光引发自由基聚合手段，制备成柔性触觉传感器。所制备的导电可拉伸水凝胶膜具有高拉伸率及灵敏的应力响应性，可用于对人体的运动或者健康状况进行实时监测。CN113773445ACN113773445A权利要求书1/1页1.一种水凝胶柔性触觉传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将丙烯酰胺单体(AAm)和PVP聚合物粉末按照(5‑10)：1优选8:1的摩尔比溶解在去离子水中，通过磁力搅拌器搅拌至充分溶解；(2)称取交联剂N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺(MBA)和自由基引发剂过硫酸铵(APS)加至步骤(1)中搅拌均匀的溶液中继续搅拌；交联剂N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺(MBA)的用量为AAm质量的0.05％‑0.2％，自由基引发剂过硫酸铵(APS)的用量为AAm质量的1.0％‑2.0％；(3)称取PEDOT:PSS加入到步骤(2)中置于磁力搅拌器上缓慢搅拌至分散均匀；PEDOT:PSS的用量为AAm质量的0.1％‑0.88％；(4)通过移液枪移取上述搅拌均匀的溶液至经氧等离子体改性过的PDMS模具中，在365nm波长下聚合，得到导电双网络水凝胶。2.按照权利要求1所述的一种水凝胶柔性触觉传感器的制备方法，其特征在于，步骤(1)去离子水含量为溶液质量分数的50％‑80％。3.按照权利要求1所述的一种水凝胶柔性触觉传感器的制备方法，其特征在于，步骤(2)中AAm的交联剂和引发剂浓度分别为AAm质量分数的0.1％和1.5％。4.按照权利要求1所述的一种水凝胶柔性触觉传感器的制备方法，其特征在于，(3)中导电聚合物PEDOT:PSS的质量分数为AAm的0.11‑0.88％，搅拌时间为3小时。5.按照权利要求1所述的一种水凝胶柔性触觉传感器的制备方法，其特征在于，使用的PDMS模具为经过氧等离子表面亲水改性处理过的模具，处理功率为80～100w，处理时间为2～3min。6.按照权利要求1所述的一种水凝胶柔性触觉传感器的制备方法，其特征在于，光聚时使用的紫外光波长为365nm，光功率密度为535mWcm‑2，时间为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水凝胶柔性触觉传感器。8.按照权利要求1‑6任一项所述的方法制备得到的一种水凝胶柔性触觉传感器的应用，用于应变传感器。2CN113773445A说明书1/5页一种水凝胶柔性触觉传感器的制备方法及应用技术领域：[0001]本发明通过共价键和氢键构建超分子可拉伸导电水凝胶并用于触觉传感器的制备，属于柔性可穿戴传感领域。背景技术：[0002]环境污染及气候的变化，严重影响人们的健康，提高生活质量保障健康生活成为当前的迫切需求。但是医疗条件难以满足当前人口的需求，造成前期轻微疾病恶化，甚至影响生命。柔性可穿戴电子器件可对人体的生理信号变化进行实时监测，它能够对人体早期的身体异常及时监测报告，缓解医疗压力。[0003]柔性电子器件的核心是传感材料。当前，使用较多的柔性传感材料主要是聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚氨酯(PU)等，但是这些材料存在与导电性材料相容性差，与人体皮肤粘合性不强，在人体运动时候容易脱落等问题。针对这些问题，研究者提出采用与人体皮肤性能接近的水凝胶作为制备柔性传感器件的策略。水凝胶具有优异的可加工性、环境响应性和生物相容性，是