本發(fā)明涉及一種銀納米線水凝膠及其制備方法和應(yīng)用，屬于導(dǎo)電水凝膠。

背景技術(shù)：

1、壓力傳感是當(dāng)代科技領(lǐng)域中一個(gè)極具活力與潛力的新興研究課題，融合了材料科學(xué)、物理學(xué)、微納技術(shù)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)等多個(gè)學(xué)科的前沿知識(shí)，具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，傳統(tǒng)的以金屬材料為基礎(chǔ)的壓力傳感器，常因其固有的金屬特性而受到限制，具體表現(xiàn)為拉伸性不足、黏附性不高以及靈敏度較低等。這些局限性顯著制約了其在高精度和廣泛適應(yīng)性可穿戴設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

2、導(dǎo)電水凝膠由親水性聚合物基質(zhì)和導(dǎo)電填料組成，具有柔韌的交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)。近年來(lái)，它憑借良好生物相容性，力學(xué)性能可調(diào)性以及豐富的生物活性，在柔性電子器件的廣闊天地中大放異彩，展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。然而，受現(xiàn)有材料力學(xué)和電學(xué)性能的限制，制備同時(shí)滿足實(shí)際應(yīng)用和力學(xué)性能要求，高拉伸，良好的壓縮后回復(fù)能力，高靈敏度的壓力傳感材料始終是一個(gè)挑戰(zhàn)。此外，水凝膠的抗疲勞性較差，導(dǎo)致其循環(huán)穩(wěn)定性差，在壓力傳感器應(yīng)用中使用壽命短。因此，合理設(shè)計(jì)和制造具有回彈能力、高拉伸性、高黏附性和穩(wěn)定性的導(dǎo)電凝膠對(duì)于新一代高性能壓力傳感器具有非常重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種高拉伸、高黏附的銀納米線水凝膠的制備方法及其應(yīng)用，該水凝膠為導(dǎo)電水凝膠，采用丙烯酰胺為水凝膠骨架，丙烯酸與丙烯酰胺之間聚合反應(yīng)使得水凝膠具有更好的機(jī)械性能，本發(fā)明具有超拉伸、高黏附性、高導(dǎo)電、高信噪比、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)?？捎糜趬毫鞲衅鳎憫?yīng)速度快，能在外力作用下產(chǎn)生穩(wěn)定的電阻變化信號(hào)，能準(zhǔn)確識(shí)別不同數(shù)字與字母，識(shí)別身體各個(gè)部位的微小運(yùn)動(dòng)；也可以用來(lái)監(jiān)測(cè)人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)，比如心電等生理信號(hào)的持續(xù)采集。本發(fā)明提供的導(dǎo)電水凝膠創(chuàng)新制備方法具有簡(jiǎn)便的操作流程、低廉的成本、良好的生物相容性、多功能等優(yōu)點(diǎn)，有利于推動(dòng)下一代智能可穿戴電子和儲(chǔ)能器件的發(fā)展。對(duì)推動(dòng)下一代智能可穿戴電子設(shè)備及傳感器件的革新與發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用。

2、本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

3、一種銀納米線水凝膠，為多孔水凝膠，主要原料包括丙烯酰胺、丙烯酸、銀納米線、聚乙烯吡咯烷酮和水，還包括引發(fā)劑和交聯(lián)劑；

4、丙烯酰胺與丙烯酸聚合為水凝膠，提供堅(jiān)韌骨架；

5、銀納米線均勻的分布在水凝膠中，提供導(dǎo)電性能并提高了水凝膠的機(jī)械性能，降低材料阻抗；

6、所述引發(fā)劑為過(guò)硫酸銨、過(guò)氧化苯甲酰、過(guò)硫酸鉀中任意一種；

7、所述交聯(lián)劑為n,n'-亞甲基雙丙烯酰胺；

8、所述丙烯酸和丙烯酰胺的質(zhì)量比為1:10-11；

9、所述引發(fā)劑與丙烯酸的質(zhì)量比為1:8-10；

10、所述銀納米線濃度為10mg/ml；

11、所述聚乙烯吡咯烷酮與銀納米線的質(zhì)量比為1:1-4；

12、所述交聯(lián)劑與聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比為1:7-7.5。

13、一種銀納米線水凝膠的制備方法，包括以下步驟：

14、步驟1，配置am-aa溶液，具體方法為：將丙烯酰胺與丙烯酸加入去離子水中，并加入引發(fā)劑，通過(guò)磁力攪拌使其充分溶解，得到am-aa溶液；

15、步驟2，配置pvp-agnws溶液，具體方法為：將銀納米線和聚乙烯吡咯烷酮加入去離子水中，加入交聯(lián)劑，充分?jǐn)嚢韬蟪暺扑榈玫絧vp-agnws溶液；

16、步驟3，將步驟1得到的am-aa溶液與步驟2得到的pvp-agnws溶液均勻混合后倒入模具中，放入烘箱加熱發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后取出模具，待溫度降低至室溫后，取出產(chǎn)品，得到銀納米線水凝膠(pa-agnws水凝膠)。

17、所述步驟1中，丙烯酸和丙烯酰胺的質(zhì)量比為1:10-11；丙烯酸與去離子水的質(zhì)量比為1:10；引發(fā)劑與丙烯酸的質(zhì)量比為1:8-10；混合時(shí)的溫度為20-30℃，磁力攪拌時(shí)間為30min。

18、所述步驟2中，銀納米線濃度為10mg/ml，聚乙烯吡咯烷酮與銀納米線的質(zhì)量比為1:1-4，聚乙烯吡咯烷酮與去離子水的質(zhì)量比為1:25；交聯(lián)劑與聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比為1:7-7.5；攪拌時(shí)間為0.5-1h，超聲破碎時(shí)間為5min。

19、所述步驟3中，pvp-agnws溶液與am-aa溶液的質(zhì)量比為1:1.75-2，烘箱加熱溫度為70-90℃，加熱時(shí)間為0.5-1h。

20、一種銀納米線水凝膠的應(yīng)用，將制備得到的銀納米線水凝膠兩端分別貼附鋅片作為電極，連接電路得到電阻式壓力傳感器，能準(zhǔn)確識(shí)別不同數(shù)字與字母，識(shí)別身體各個(gè)部位的微小運(yùn)動(dòng)；同時(shí)，將銀納米線水凝膠貼附在皮膚上，連接心電采集設(shè)備，可用于測(cè)量心電信號(hào)。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明展現(xiàn)出了一系列顯著且有益的效果：

22、本發(fā)明采用丙烯酰胺與丙烯酸聚合反應(yīng)得到聚丙烯酰胺-丙烯酸共聚物作為水凝膠骨架，丙烯酰胺和丙烯酸含有大量氫鍵，降低了銀納米線聚合的現(xiàn)象，使銀納米線均勻分散在基質(zhì)中，在確保水凝膠電極的穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了水凝膠導(dǎo)電性能的顯著提升。

23、本發(fā)明在原料中加入銀納米線作為導(dǎo)電分子，提高了水凝膠的導(dǎo)電性，也使水凝膠表現(xiàn)出更好的傳感特性，各種壓力信號(hào)可以準(zhǔn)確快速的傳遞到電極上，具有極短的響應(yīng)時(shí)間，使得本發(fā)明能更好的識(shí)別人體各種微小動(dòng)作。

24、本發(fā)明使用丙烯酰胺和丙烯酸作為原料，制備得到的水凝膠具有極高的拉伸性，優(yōu)異的黏附性與壓縮回彈性，良好的生物相容性，并且可以緊密的貼合皮膚，不會(huì)造成皮膚刺激。

25、應(yīng)用本發(fā)明制備方法制得的銀納米線水凝膠電極中，丙烯酰胺經(jīng)過(guò)交聯(lián)形成的聚丙烯酰胺無(wú)毒無(wú)害，提升電極的生物相容性。此外，本發(fā)明的其他構(gòu)成材料均為無(wú)?；幤罚M(jìn)一步保證了電極的生物相容性。且本制備方法所選的材料成本價(jià)相對(duì)低廉，擁有廣闊的發(fā)展前景和巨大的市場(chǎng)潛力。

26、本發(fā)明提供了一種超拉伸、高黏附性的銀納米線水凝膠的制備方法及其應(yīng)用，屬于導(dǎo)電水凝膠范圍。本發(fā)明的銀納米線水凝膠以丙烯酰胺、銀納米線、丙烯酸為主要原料，水凝膠體系中加入銀納米線，增強(qiáng)了材料的韌性和彈性，提高水凝膠的導(dǎo)電性。最終制備得到的銀納米線水凝膠具有超強(qiáng)拉伸性，極高的黏附性，優(yōu)異的導(dǎo)電性與較低的接觸阻抗。本發(fā)明制備得到的水凝膠電極可用于壓力傳感器，也可貼附在皮膚上采集人體各種生理信號(hào)。在壓力傳感方面，本發(fā)明電極能精準(zhǔn)識(shí)別不同數(shù)字與字母，準(zhǔn)確率達(dá)到93％，且能識(shí)別人體各種微小運(yùn)動(dòng)；在生理信號(hào)采集方面，相比商業(yè)電極穩(wěn)定性更好，精度更高，且材料易得，操作簡(jiǎn)單，有很好的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種銀納米線水凝膠，其特征在于：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銀納米線水凝膠，其特征在于：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銀納米線水凝膠，其特征在于：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銀納米線水凝膠，其特征在于：

5.一種銀納米線水凝膠的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種銀納米線水凝膠的制備方法，其特征在于：

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種銀納米線水凝膠的制備方法，其特征在于：

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種銀納米線水凝膠的制備方法，其特征在于：

9.一種銀納米線水凝膠的應(yīng)用，其特征在于：

10.一種銀納米線水凝膠的應(yīng)用，其特征在于：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種超拉伸、高黏附性的銀納米線水凝膠的制備方法及其應(yīng)用，是一種導(dǎo)電水凝膠。本發(fā)明的銀納米線水凝膠以丙烯酰胺、銀納米線、丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮和水為主要原料，水凝膠體系中加入銀納米線，增強(qiáng)了材料的韌性和彈性，提高水凝膠的導(dǎo)電性。最終制備得到的銀納米線水凝膠具有超強(qiáng)拉伸性，極高的黏附性，優(yōu)異的導(dǎo)電性與較低的接觸阻抗。由本發(fā)明制備得到的水凝膠可用于壓力傳感器，也可貼附在皮膚上采集人體各種生理信號(hào)，以及心電信號(hào)監(jiān)測(cè)。在壓力傳感方面，本發(fā)明水凝膠能精準(zhǔn)識(shí)別不同數(shù)字與字母，準(zhǔn)確率達(dá)到93％，且能識(shí)別人體各種微小運(yùn)動(dòng)；在生理信號(hào)采集方面，穩(wěn)定性好，精度高，阻抗低，且材料易得，操作簡(jiǎn)單。

技術(shù)研發(fā)人員：胡斌,蔡然,楊碧海,李鈺雯,鄭凱,靳嘵坤,田福澤,朱立賢
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2