[发明专利]一种多层组装压阻式水凝胶传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多层组装压阻式水凝胶传感器及其制备方法，是以水凝胶作为基体材料，通过不同导电能力的水凝胶层层组装得到最终的传感器。本发明多层组装压阻式水凝胶传感器的灵敏度可以通过调节基体材料种类、单层水凝胶的厚度、基体材料中导电填料的浓度、组装的层数和/或压阻传感器的总体厚度来调节。

技术领域

本发明涉及一种压阻式水凝胶传感器，具体涉及一种使用多层组装法制备的具有高灵敏度的压阻式水凝胶传感器。

背景技术

传统的压阻式传感器存在灵敏度低、力学性能差以及可重复性能差等问题。由金属或者半导体材料制备的传统传感器因固有的刚性，不能满足大机械变形。常用的一步法制备得到的压阻式水凝胶传感器，其灵敏度只能通过导电填料的浓度来调节，并且可调控的范围较小。

发明内容

为解决上述现有技术所存在的问题，本发明提供一种灵敏度高、力学性能好、可重复性能好且灵敏度可控的多层组装压阻式水凝胶传感器。

为实现目的，本发明所采取的的技术方案为；

一种多层组装压阻式水凝胶传感器，其特点在于：所述压阻式水凝胶传感器是以水凝胶作为基体材料，通过不同导电能力的水凝胶层层组装得到最终的传感器。

进一步地，每层水凝胶的厚度范围为0.5～1mm，组装的层数范围为10～20层，传感器的总厚度不大于2cm。

进一步地：所述水凝胶为单网络水凝胶或者双网络水凝胶；所述单网络水凝胶由化学交联或者物理交联得到；所述双网络水凝胶的第一网络由物理交联得到、第二网络由化学交联得到；所述水凝胶中的物理交联相单体为海藻酸钠、壳聚糖、明胶、卡拉胶和卡德兰胶中的一种，化学交联相单体为丙烯酰胺、丙烯酸、异丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺甲基丙磺酸中的一种。

进一步地，所述水凝胶中含有导电填料，所述导电填料为碳纳米管、石墨烯和MXenes中的至少一种。

进一步地：所述碳纳米管为短壁碳纳米管，短壁碳纳米管表面存在羟基和羧基两种亲水基团；所述短壁碳纳米管中羧基含量为0.71～5.58wt％，羟基含量为0.49～3.86wt％，长径比的范围为80～500。所述石墨烯为经过氧化处理的氧化石墨烯，氧化石墨烯的层数＜3层，纯度＞98wt％，碳含量为50～65wt％、氧含量为30～50wt％。所述MXenes由Ti₃AlC₂刻蚀掉金属相后得到的，其具有蓬松的结构，水凝胶大分子可以插层进去。

进一步地，所述多层组装压阻式水凝胶传感器的灵敏度可以通过调节基体材料种类、单层水凝胶的厚度、基体材料中导电填料的浓度、组装的层数和/或压阻传感器的总体厚度来调节。

本发明所述的多层组装压阻式水凝胶传感器的制备方法为：首先制备各层水凝胶所需的水凝胶预制液，然后依次将各层水凝胶预制液倒入模具中并固化成型，最后在最顶层的水凝胶上通过柔性保护层封装，即获得多层组装压阻式水凝胶传感器。

进一步地，所述柔性保护层的材料为Ecoflex00-10、Ecoflex00-20、Ecoflex00-30、Ecoflex00-35和Ecoflex00-50中的一种。

进一步地，双网络水凝胶中，碳纳米管、石墨烯、MXenes导电填料分散在物理交联的一相里。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：