本發(fā)明屬于高分子光電材料，尤其涉及一種基于羧甲基纖維素-液態(tài)金屬-木質(zhì)素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應(yīng)變傳感器的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、柔性可穿戴電子設(shè)備作為一個前沿的研究領(lǐng)域，靈活的多功能可穿戴電子設(shè)備在目前的需求量很大。因此，具有可自恢復(fù)、光熱轉(zhuǎn)換能力以及較高靈敏度的柔性可穿戴電子設(shè)備引起了人們的廣泛關(guān)注，并有望應(yīng)用在疾病診斷、人體運動及健康監(jiān)測和電子皮膚等領(lǐng)域。然而，由于液態(tài)金屬的高表面張力，在水凝膠內(nèi)部難以均勻的分散，造成應(yīng)力集中，從而出現(xiàn)低拉伸性、固有脆性和低耐久性等缺點。因此，制備一個有高耐久度、高靈敏度和多功能的可穿戴應(yīng)變傳感器仍然具有很大的挑戰(zhàn)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于羧甲基纖維素-液態(tài)金屬-木質(zhì)素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應(yīng)變傳感器的制備方法及其應(yīng)用。解決了現(xiàn)有的基于導(dǎo)電水凝膠的可穿戴應(yīng)變傳感器低拉伸性、固有脆性和低耐久性的缺陷，制備的傳感器具有可自恢復(fù)、可黏附和傳感靈敏度高的優(yōu)點，同時還具有良好的力學(xué)性能和耐久度。

2、本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下所示：

3、本發(fā)明提供一種基于羧甲基纖維素-液態(tài)金屬-木質(zhì)素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應(yīng)變傳感器的制備方法，包括以下步驟：

4、制備羧甲基纖維素和木質(zhì)素磺酸鈉的混合水溶液a；

5、將液態(tài)金屬加入混合水溶液a中超聲處理，得到溶液b；

6、將丙烯酸加入溶液b中，攪拌均勻后加入交聯(lián)劑和引發(fā)劑，得到溶液c；

7、將溶液c導(dǎo)入模具中進(jìn)行原位聚合，制得水凝膠d；

8、制備聚二甲基硅氧烷彈性體薄膜；

9、將水凝膠d放置在制備的聚二甲基硅氧烷彈性體薄膜上，通過導(dǎo)電銀漿將銅電極連接在水凝膠d兩側(cè)，再用聚二甲基硅氧烷彈性體薄膜包裹，制得柔性應(yīng)變傳感器。

10、進(jìn)一步的，所述混合液a中羧甲基纖維素、木質(zhì)素磺酸鈉與水的質(zhì)量體積比為0.05~0.125：0.02：16g/g/ml。

11、進(jìn)一步的，所述混合水溶液a中羧甲基纖維素、木質(zhì)素磺酸鈉與水的質(zhì)量體積比為0.1：0.02：16g/g/ml。

12、進(jìn)一步的，所述液態(tài)金屬為鎵銦合金，鎵銦合金中金屬鎵和金屬銦的質(zhì)量比為75.5：24.5，鎵銦合金的加入量為0.3g。

13、進(jìn)一步的，s2中超聲處理的功率為450-500w，處理時間為80-90min。

14、進(jìn)一步的，所述丙烯酸的加入量為4g，所述交聯(lián)劑和引發(fā)劑分別為n'n-亞甲基雙丙烯酰胺和過硫酸銨。

15、進(jìn)一步的，所述聚二甲基硅氧烷彈性體薄膜的制備方法包括：

16、稱取聚二甲基硅氧烷溶液，加入固化劑后充分?jǐn)嚢瑁瑢⒒旌弦旱瓮吭诓Ａ狭髌?，真空固化后從玻璃片上剝離得到薄膜。

17、進(jìn)一步的，所述聚二甲基硅氧烷溶液的加入量為1g~2g，固化劑的加入量為0.1g~0.2g，真空固化的時間為40~60min。

18、進(jìn)一步的，所述固化劑為二苯基氨基甲酸丁酯。

19、本發(fā)明還提供上述所述的制備方法所制得的基于羧甲基纖維素-液態(tài)金屬-木質(zhì)素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應(yīng)變傳感器在可穿戴柔性電子器件中的應(yīng)用。

20、有益效果

21、1、在導(dǎo)電水凝膠中，由于導(dǎo)電物質(zhì)在水凝膠中難以均勻的分散，造成應(yīng)力集中，從而出現(xiàn)低拉伸性、固有脆性和低耐久性，阻礙了基于導(dǎo)電水凝膠的可穿戴應(yīng)變傳感器的實際應(yīng)用。本發(fā)明以聚丙烯酸和羧甲基纖維素構(gòu)建了雙網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電水凝膠，并且羧甲基纖維素可以以其表面大量存在的帶負(fù)電的羧基通過靜電排斥作用使得導(dǎo)電物質(zhì)液態(tài)金屬均勻地分散在水凝膠基體中。這極大地提高了導(dǎo)電水凝膠的力學(xué)性能、韌性和導(dǎo)電的穩(wěn)定性，拓寬了基于導(dǎo)電水凝膠的可穿戴應(yīng)變傳感器的實際應(yīng)用范圍。

22、2、對于可穿戴電子設(shè)備來說，自黏附是一種非常重要的性能。然而，一般的基于導(dǎo)電水凝膠的可穿戴應(yīng)變傳感器都不具備這樣的性能，這也限制了基于導(dǎo)電水凝膠的可穿戴應(yīng)變傳感器的實際應(yīng)用。由于磺化木質(zhì)素的化學(xué)結(jié)構(gòu)中存在著大量鄰苯二酚基團(tuán)，這使得磺化木質(zhì)素可以通過非共價作用以及共價化學(xué)結(jié)合作用對各種不同的基底進(jìn)行黏附。

23、3、導(dǎo)電水凝膠的保水能力極大影響著它的導(dǎo)電能力，用聚二甲基硅氧烷彈性體薄膜對羧甲基纖維素-液態(tài)金屬-木質(zhì)素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠進(jìn)行包覆，可以減緩水凝膠的水分蒸發(fā)從而延長基于羧甲基纖維素-液態(tài)金屬-木質(zhì)素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的可穿戴應(yīng)變傳感器的使用壽命。

技術(shù)特征：

1.一種基于羧甲基纖維素-液態(tài)金屬-木質(zhì)素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應(yīng)變傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于羧甲基纖維素-液態(tài)金屬-木質(zhì)素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應(yīng)變傳感器的制備方法，其特征在于，所述混合液a中羧甲基纖維素、木質(zhì)素磺酸鈉與水的質(zhì)量體積比為0.05~0.125：0.02：16g/g/ml。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于羧甲基纖維素-液態(tài)金屬-木質(zhì)素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應(yīng)變傳感器的制備方法，其特征在于，所述混合水溶液a中羧甲基纖維素、木質(zhì)素磺酸鈉與水的質(zhì)量體積比為0.1：0.02：16g/g/ml。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于羧甲基纖維素-液態(tài)金屬-木質(zhì)素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應(yīng)變傳感器的制備方法，其特征在于，所述液態(tài)金屬為鎵銦合金，鎵銦合金中金屬鎵和金屬銦的質(zhì)量比為75.5：24.5，鎵銦合金的加入量為0.3g。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于羧甲基纖維素-液態(tài)金屬-木質(zhì)素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應(yīng)變傳感器的制備方法，其特征在于，s2中超聲處理的功率為450-500w，處理時間為80-90min。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于羧甲基纖維素-液態(tài)金屬-木質(zhì)素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應(yīng)變傳感器的制備方法，其特征在于，所述丙烯酸的加入量為4g，所述交聯(lián)劑和引發(fā)劑分別為n'n-亞甲基雙丙烯酰胺和過硫酸銨。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于羧甲基纖維素-液態(tài)金屬-木質(zhì)素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應(yīng)變傳感器的制備方法，其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷彈性體薄膜的制備方法包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于羧甲基纖維素-液態(tài)金屬-木質(zhì)素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應(yīng)變傳感器的制備方法，其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷溶液的加入量為1g~2g，固化劑的加入量為0.1g~0.2g，真空固化的時間為40~60min。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于羧甲基纖維素-液態(tài)金屬-木質(zhì)素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應(yīng)變傳感器的制備方法，其特征在于，所述固化劑為二苯基氨基甲酸丁酯。

10.權(quán)利要求1-9中任一項所述的制備方法所制得的基于羧甲基纖維素-液態(tài)金屬-木質(zhì)素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應(yīng)變傳感器在可穿戴柔性電子器件中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于高分子光電材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于羧甲基纖維素?液態(tài)金屬?木質(zhì)素磺酸鈉?聚丙烯酸水凝膠的柔性應(yīng)變傳感器的制備方法及其應(yīng)用，制備羧甲基纖維素和木質(zhì)素磺酸鈉的混合水溶液A；將液態(tài)金屬加入混合水溶液A中超聲處理，得到溶液B；將丙烯酸加入溶液B中，攪拌均勻后加入交聯(lián)劑和引發(fā)劑，得到溶液C；將溶液C導(dǎo)入模具中進(jìn)行原位聚合，制得水凝膠D；將水凝膠D放置在制備的聚二甲基硅氧烷彈性體薄膜上，通過導(dǎo)電銀漿將銅電極連接在水凝膠兩側(cè)，再用聚二甲基硅氧烷彈性體薄膜包裹，制得柔性應(yīng)變傳感器。該可穿戴應(yīng)變傳感器對各種基底的粘附性強(qiáng)、導(dǎo)電性非常穩(wěn)定、具有良好的柔韌性并且對人體運動的傳感穩(wěn)定。

技術(shù)研發(fā)人員：韓景泉,麻靜仁,楊偉勝,岳一瑩,蔣少華,何水劍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京林業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28