[发明专利]仿神经元复合导电水凝胶及多功能柔性传感器

说明书

本发明公开了一种仿神经元复合导电水凝胶的制备方法，包括如下步骤：将炭黑制备成改性炭黑；配制由改性炭黑、一维导电材料和去离子水组成的改性炭黑/一维导电材料的分散液；水凝胶仿神经元复合导电水凝胶的制备原料由以下成分组成：改性炭黑/一维导电材料的分散液、聚乙烯醇、邻苯二酚类化合物、丙烯酰胺、引发剂、交联剂、催化剂。本发明还同时公开了一种仿神经元复合导电水凝胶柔性传感器，是利用上述仿神经元复合导电水凝胶制备而得。本发明的柔性传感器同时具有应变/压力敏感性，且灵敏度相对较高。

技术领域

本发明属于多功能柔性传感器制备技术领域，具体涉及一种具有多功能的复合导电水凝胶柔性传感器及其制备方法。

背景技术

近年来，柔性可穿戴传感器在人类活动监测、电子皮肤、人-机交互、软机器人等领域显示出巨大的应用潜力。为了满足特殊人群的需求(如卧床不起、运动障碍、语音障碍、帕金森病的患者)，能够实时反映人体健康状况的可拉伸、柔软、可恢复、压力/应变敏感的柔性多功能传感器得到人们广泛研究。导电水凝胶作为水凝胶的一个重要分支，不仅具有水凝胶的柔韧性、回弹性、生物相容性，良好的力学性能，还具有优异的延展性和导电性，使得导电水凝胶在柔性传感器中引起了极大的关注。但目前导电水凝胶存在机械性能较差、单一敏感功能及敏感度较低的问题，使其不能满足特殊人群的需求。因此，制备具有压力/应变响应性、高灵敏度及较好机械性能的导电水凝胶具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种仿神经元复合导电水凝胶多功能柔性传感器及其所用的仿神经元复合导电水凝胶的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种仿神经元复合导电水凝胶的制备方法，包括如下步骤：

1)、将炭黑制备成改性炭黑；

2)、配制由改性炭黑、一维导电材料和去离子水组成的改性炭黑/一维导电材料的分散液；

所述一维导电材料：炭黑＝1:0.25～4的质量比；

所述改性炭黑/一维导电材料的分散液中，改性炭黑与一维导电材料的质量浓度之和为0.18～0.19g/21～23mL；

3)、水凝胶仿神经元复合导电水凝胶的制备原料由以下成分组成：改性炭黑/一维导电材料的分散液、聚乙烯醇、邻苯二酚类化合物、丙烯酰胺、引发剂、交联剂、催化剂；

聚乙烯醇占制备原料总重的17～18wt％；

邻苯二酚类化合物占制备原料总重的0.1wt％～1wt％(优选为0.5wt％)；

丙烯酰胺占制备原料总量的6wt％～7wt％(优选为6.5wt％)；

催化剂在制备原料中的质量浓度为0.5～2‰(优选1‰)；

引发剂：丙烯酰胺＝0.1wt％～1wt％(优选为0.5wt％)；

交联剂：丙烯酰胺＝0.01wt％～0.1wt％(优选为0.05wt％)；

余量为改性炭黑/一维导电材料的分散液；

4)、将聚乙烯醇加入至改性炭黑/一维导电材料的分散液中，升温至90～100℃反应1.5～2.5h(优选90℃反应2h)；

然后加入邻苯二酚类化合物，于90～100℃反应0.8～1.2h(优选90℃反应1h)；

再加入丙烯酰胺、引发剂、交联剂和催化剂，于50～60℃进行反应2.5～3.5h(优选55℃反应3h)，得到仿神经元复合导电水凝胶。

作为本发明的仿神经元复合导电水凝胶的制备方法的改进，步骤2)中：

所述一维导电材料为银纳米线(优选)、碳纳米管、铜纳米线、金纳米线；