[发明专利]一种多功能聚电解质水凝胶仿生智能皮肤的制备方法

说明书

本发明涉及一种多功能聚电解质水凝胶仿生智能皮肤的制备方法，它包括以下步骤：（a）将3‑(2‑甲基丙烯酰氧乙基二甲胺基)丙磺酸盐和甲基丙烯酸分散在水中得单体水溶液；（b）向所述单体水溶液中加入引发剂进行反应获得水凝胶；（c）用两层所述水凝胶夹住介电层以构筑仿生智能皮肤。制备具有外观透明度可随温度变化、力学效果和传感灵敏度可调节的仿生智能皮肤，制备过程中其中不涉及任何有机溶剂，仅需一步反应，不涉及复杂合成步骤，可进行3D打印等简单加工，制备过程简便绿色环保无污染，制备条件相对宽松，适合大批量、规模化生产以及具备广泛的商业应用前景。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，涉及一种聚电解质水凝胶，具体涉及一种多功能聚电解质水凝胶仿生智能皮肤的制备方法。

背景技术

近年来，随着“物联网”概念的迅速发展，相关行业和技术领域也面临更多的机遇和挑战，其中传感器作为物联网的底层配件，是支撑整个物联网运行的关键设备，为了可获取更多数据，需要进行大量投入。而对于物联网实际运营而言，大规模投入传感器的基础在于其成本的持续下降和使用的便捷高效。因此，支撑物联网发展的关键技术即包括发展大面积、低成本、轻质化、高灵敏、具有良好力学适应性以及可实现多种感知能力的智能传感设备。

近年来新兴的柔性电子技术，则是在传统电子工业与刚性单晶硅传感设备基础上，提出了通过与柔性聚合物基体相结合的方式以及采用复杂精密的加工技术(褶皱式、图案化设计)，使传统刚性电子传感设备实现多样化、多形化以及柔性甚至可拉伸效果，极大启发和推动了具有高灵敏和良好力学适应性的智能传感设备的发展。

然而，目前相关智能传感设备在实际应用中目前仍存在一系列困难，对刚性导体或半导体传感器进行褶皱式或图案化设计的加工成本较高，难以实现大规模工业化应用。而直接合成制备本征可拉伸的柔性导电聚合物的实例非常有限，相关技术较难实现。对刚性导电聚合物进行物理改性或在柔性绝缘基体中加入导电填料等方式制备柔性电子传感器件，是目前成本较低研究较多的方向，但其材料的电学与力学性质通常存在一个矛盾点：当添加大量绝缘柔性填料改性刚性导电聚合物或在柔性基体中加入导电填料较少时，会破坏原有导电逾渗网络或难以在柔性基体中形成有效电子逾渗传输通道，影响材料电学性质；如果刚性导电材料部分所占比例较高时，则又会降低材料力学性能，难以实现柔性或可拉伸效果。2014年，《先进材料》(Adv.Mater.2014,26,7608–7614)杂志上曾经报道采用离子导体水凝胶材料来实现仿生皮肤的传感功能(应力和应变刺激)和力学性质(弹性和可拉伸性)。然而，这种水凝胶仿生智能皮肤仍然存在模量较低、拉伸性有限、易疲劳、断裂后难以自修复、一旦合成出来外观难以随环境自动调节等缺点，因此，改善和提高水凝胶本身的力学性能，对于未来相关智能器件的发展至关重要。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种多功能聚电解质水凝胶仿生智能皮肤的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多功能聚电解质水凝胶仿生智能皮肤的制备方法，它包括以下步骤：

(a)将3-(2-甲基丙烯酰氧乙基二甲胺基)丙磺酸盐和甲基丙烯酸分散在水中得单体水溶液；

(b)向所述单体水溶液中加入引发剂进行反应获得水凝胶；

(c)用两层所述水凝胶夹住介电层以构筑仿生智能皮肤。

优化地，步骤(a)中，所述单体水溶液中溶质质量浓度为0.1％～90％。

进一步地，步骤(a)中，所述3-(2-甲基丙烯酰氧乙基二甲胺基)丙磺酸盐和所述甲基丙烯酸的质量比为0.01～100：1。

优化地，步骤(a)中，所述单体水溶液还含有选自丙烯酰胺和丙烯酸中的一种或多种单体。

优化地，步骤(a)中，所述单体水溶液还含有交联剂，所述交联剂为选自N,N-亚甲基双丙烯酰胺和聚乙二醇二丙烯酸酯中的一种或多种。