[发明专利]基于导电水凝胶的柔性应变传感器及其制备方法、应用

权利要求书

1.一种基于导电水凝胶制备的柔性应变传感器，其特征在于：包括两层铜箔电极片和一层导电水凝胶，一层导电水凝胶夹在两层铜箔电极片之间；两层铜箔电极片分别引出两根导线并连接外部信号采集设备。

2.根据权利要求1所述的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于：方法包括如下步骤：

1)导电水凝胶的制备：

制备预聚体溶液：将氧化石墨烯分散液溶解于去离子水中稀释获得稀释氧化石墨烯分散液；将海藻酸钠粉末溶解于稀释氧化石墨烯分散液中，常温下搅拌至完全溶胀后再加热搅拌，获得氧化石墨烯/海藻酸钠溶液；将甲基丙烯酰胺颗粒溶解于氧化石墨烯/海藻酸钠溶液中，常温搅拌后获得氧化石墨烯/海藻酸钠/甲基丙烯酰胺溶液；将热引发剂过硫酸钾溶解于氧化石墨烯/海藻酸钠/甲基丙烯酰胺溶液中，搅拌后抽真空去除气泡后获得预聚体溶液；

制备导电水凝胶：使用注射针筒抽取预聚体溶液并注射到玻璃模具中，使用封口膜将玻璃模具封口阻止空气进入；将玻璃模具置于电热恒温鼓风干燥箱内加热聚合后取出，然后取出玻璃模具中已聚合完成的聚合水凝胶；将聚合水凝胶浸泡在氯化钙溶液中，浸泡完成后使用去离子水将聚合水凝胶进行冲洗，冲洗后浸泡在去离子水中充分吸水后达到溶胀平衡状态，得到导电水凝胶块，将导电水凝胶块均匀划分后获得若干片状的导电水凝胶；

2)柔性应变传感器的制备：

按照铜箔电极片、导电水凝胶、铜箔电极片的顺序，使用VHB胶带将三层封装并组成基于导电水凝胶的柔性应变传感器，两层铜箔电极片分别引出两根导线并连接外部信号采集设备。

3.根据权利要求2所述的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于：

所述的制备预聚体溶液中，氧化石墨烯分散液的浓度为10mg/g，稀释氧化石墨烯分散液的浓度为0.16-1.46mg/g。

4.根据权利要求2所述的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于：

所述的制备预聚体溶液中，氧化石墨烯分散液的质量为海藻酸钠粉末和甲基丙烯酰胺颗粒总量的0.1wt％～0.9wt％；海藻酸钠粉末的质量为海藻酸钠粉末和甲基丙烯酰胺颗粒总量的5wt％～25wt％；甲基丙烯酰胺颗粒的质量为海藻酸钠粉末和甲基丙烯酰胺颗粒总量的75wt％～95wt％；热引发剂过硫酸钾的质量为甲基丙烯酰胺颗粒的0.5wt％～1wt％。

5.根据权利要求2所述的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于：

所述的制备预聚体溶液中，常温下搅拌至完全溶胀后再加热搅拌，获得氧化石墨烯/海藻酸钠溶液，具体为在常温下置于磁力搅拌器上搅拌4～5h至完全溶胀，然后再加热至50℃后搅拌30min，获得氧化石墨烯/海藻酸钠溶液；常温搅拌后获得氧化石墨烯/海藻酸钠/甲基丙烯酰胺溶液，具体为在常温搅拌2h后获得氧化石墨烯/海藻酸钠/甲基丙烯酰胺溶液；搅拌后抽真空去除气泡后获得预聚体溶液，具体为搅拌15min，然后抽真空去除气泡后获得预聚体溶液。

6.根据权利要求2所述的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于：

所述的制备导电水凝胶中，将玻璃模具置于电热恒温鼓风干燥箱内加热聚合后剥离出来，具体为将玻璃模具置于电热恒温鼓风干燥箱内在加热至50℃聚合6h后剥离出来。

7.根据权利要求2所述的柔性应变传感器的制备方法，其特征在于：

所述的制备导电水凝胶中，将聚合水凝胶浸泡在氯化钙溶液中，具体为将聚合水凝胶浸泡在1wt％～10wt％含量的氯化钙溶液中24h，完成浸泡。

8.一种如权利要求1所述柔性应变传感器或者权利要求2-7任一所述制备方法制成的柔性应变传感器的应用，其特征在于：

所述的柔性应变传感器在柔性可穿戴电子设备中的应用。

9.一种如权利要求1所述柔性应变传感器或者权利要求2-7任一所述制备方法制成的柔性应变传感器的应用方法，其特征在于：

将所述的柔性应变传感器安装在柔性可穿戴电子设备上，将柔性可穿戴电子设备穿戴在人体上，柔性应变传感器在人体运动状态下由于人体对柔性应变传感器的压力发生变形进而产生相对电阻变化，对人体的运动状态进行监测。