[发明专利]抗疲劳和低滞后复合凝胶应变传感器及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种抗疲劳和低滞后复合凝胶应变传感器，其特征在于：该复合凝胶应变传感器包括复合水凝胶以及在复合水凝胶两端安装的导线，所述复合水凝胶采用软硬相复合的结构，其中硬相使用具有圆孔结构的高纠缠度丙烯酰胺水凝胶，硬相的圆孔中被软相填充，并被软相包裹，软相使用弹性模量为0.03～0.04MPa的丙烯酰胺水凝胶；所述复合凝胶应变传感器的疲劳门槛值为300～330J/m²，力学和电学上的滞后低于3％。

2.权利要求1所述的一种抗疲劳和低滞后复合凝胶应变传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、制备高纠缠度水凝胶前驱液：将单体丙烯酰胺、交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，光引发剂2959加入去离子水中，通过热磁力搅拌得到高纠缠度水凝胶前驱液；

步骤二、将步骤一中得到高纠缠度水凝胶前驱液倒入模具中，并置于紫外箱内光照得到高纠缠度水凝胶；

步骤三、将步骤二获得的高纠缠度水凝胶置于氯化锂溶液中，直到溶胀平衡，得到离子导电的高纠缠度水凝胶；

步骤四、将步骤三得到的离子导电的高纠缠度水凝胶使用激光切割机切割成带有圆孔图案的水凝胶，作为复合水凝胶中的硬相水凝胶；

步骤五、配备弹性模量为0.03～0.04MPa的水凝胶前驱液：将丙烯酰胺、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵和和四甲基乙二胺加入去离子水中，通过磁力搅拌得到弹性模量为0.03～0.04MPa的水凝胶前驱液；

步骤六、将步骤四中获得的硬相水凝胶放入模具中，然后将步骤五中配备的弹性模量为0.03～0.04MPa的水凝胶前驱液倒入，室温下固化得到复合水凝胶，在复合水凝胶两端安装导线组装成复合凝胶应变传感器。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤一中，去离子水与单体丙烯酰胺的摩尔比为2，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺与单体丙烯酰胺的摩尔比为1×10^-5～0.8×10^-4，光引发剂2959与单体丙烯酰胺的摩尔比为0.4×10^-5～3.2×10^-5。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤二中，模具是由两块玻璃板和一层0.5mm厚的镂空硅胶垫制成，紫外线照射时间为4小时，照射强度为1.5mW/cm²。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤三中，使用的氯化锂的浓度为0.5～2.0mol/L，溶胀时间为12小时。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤四中，激光切割机的型号为ULTRAR500，将其功率设置为20％，移动速度设置为3％；切割的圆孔直径为6mm，两个圆心之间距离为8mm。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤五中，弹性模量为0.03～0.04MPa的水凝胶前驱液中，丙烯酰胺的质量分数为24％，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的质量分数为0.012～0.02％，过硫酸铵的质量分数为0.03％，四甲基乙二胺为0.45μL/g，其余为去离子水。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤六中，模具是由两块玻璃板和一层1.5mm的镂空硅胶垫制成，固化时间为4小时。

9.权利要求1所述的一种抗疲劳和低滞后复合凝胶应变传感器的应用，其特征在于：应用于柔性电子和可穿戴设备。