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    一種基于羧甲基纖維素-液態金屬-木質素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應變傳感器的制備方法及其應用技術
    
                            
    技術編號：44169387 閱讀：28 留言：0更新日期：2025-01-29 10:44
    
                        
    
                        
    
                            
                            本發明專利技術屬于高分子光電材料技術領域，尤其涉及一種基于羧甲基纖維素?液態金屬?木質素磺酸鈉?聚丙烯酸水凝膠的柔性應變傳感器的制備方法及其應用，制備羧甲基纖維素和木質素磺酸鈉的混合水溶液A；將液態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劑和引發劑，得到溶液C；將溶液C導入模具中進行原位聚合，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，通過導電銀漿將銅電極連接在水凝膠兩側，再用聚二甲基硅氧烷彈性體薄膜包裹，制得柔性應變傳感器。該可穿戴應變傳感器對各種基底的粘附性強、導電性非常穩定、具有良好的柔韌性并且對人體運動的傳感穩定。
    
                            
                            
    


    
                            

                            
    【技術實現步驟摘要】
    
                                
    本專利技術屬于高分子光電材料，尤其涉及一種基于羧甲基纖維素-液態金屬-木質素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應變傳感器的制備方法及其應用。

    技術介紹
    1、柔性可穿戴電子設備作為一個前沿的研究領域，靈活的多功能可穿戴電子設備在目前的需求量很大。因此，具有可自恢復、光熱轉換能力以及較高靈敏度的柔性可穿戴電子設備引起了人們的廣泛關注，并有望應用在疾病診斷、人體運動及健康監測和電子皮膚等領域。然而，由于液態金屬的高表面張力，在水凝膠內部難以均勻的分散，造成應力集中，從而出現低拉伸性、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變傳感器仍然具有很大的挑戰。

    技術實現思路
    1、針對現有技術的不足，本專利技術提供一種基于羧甲基纖維素-液態金屬-木質素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應變傳感器的制備方法及其應用。解決了現有的基于導電水凝膠的可穿戴應變傳感器低拉伸性、固有脆性和低耐久性的缺陷，制備的傳感器具有可自恢復、可黏附和傳感靈敏度高的優點，同時還具有良好的力學性能和耐久度。
    2、本專利技術提供的技術方案如下所示：
    3、本專利技術提供一種基于羧甲基纖維素-液態金屬-木質素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應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素磺酸鈉的混合水溶液a；
    5、將液態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劑和引發劑，得到溶液c；</p>
    7、將溶液c導入模具中進行原位聚合，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，通過導電銀漿將銅電極連接在水凝膠d兩側，再用聚二甲基硅氧烷彈性體薄膜包裹，制得柔性應變傳感器。
    10、進一步的，所述混合液a中羧甲基纖維素、木質素磺酸鈉與水的質量體積比為0.05~0.125：0.02：16g/g/ml。
    11、進一步的，所述混合水溶液a中羧甲基纖維素、木質素磺酸鈉與水的質量體積比為0.1：0.02：16g/g/ml。
    12、進一步的，所述液態金屬為鎵銦合金，鎵銦合金中金屬鎵和金屬銦的質量比為75.5：24.5，鎵銦合金的加入量為0.3g。
    13、進一步的，s2中超聲處理的功率為450-500w，處理時間為80-90min。
    14、進一步的，所述丙烯酸的加入量為4g，所述交聯劑和引發劑分別為n'n-亞甲基雙丙烯酰胺和過硫酸銨。
    15、進一步的，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，加入固化劑后充分攪拌，將混合液滴涂在玻璃片上流平，真空固化后從玻璃片上剝離得到薄膜。
    17、進一步的，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、進一步的，所述固化劑為二苯基氨基甲酸丁酯。
    19、本專利技術還提供上述所述的制備方法所制得的基于羧甲基纖維素-液態金屬-木質素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應變傳感器在可穿戴柔性電子器件中的應用。
    20、有益效果
    21、1、在導電水凝膠中，由于導電物質在水凝膠中難以均勻的分散，造成應力集中，從而出現低拉伸性、固有脆性和低耐久性，阻礙了基于導電水凝膠的可穿戴應變傳感器的實際應用。本專利技術以聚丙烯酸和羧甲基纖維素構建了雙網絡導電水凝膠，并且羧甲基纖維素可以以其表面大量存在的帶負電的羧基通過靜電排斥作用使得導電物質液態金屬均勻地分散在水凝膠基體中。這極大地提高了導電水凝膠的力學性能、韌性和導電的穩定性，拓寬了基于導電水凝膠的可穿戴應變傳感器的實際應用范圍。
    22、2、對于可穿戴電子設備來說，自黏附是一種非常重要的性能。然而，一般的基于導電水凝膠的可穿戴應變傳感器都不具備這樣的性能，這也限制了基于導電水凝膠的可穿戴應變傳感器的實際應用。由于磺化木質素的化學結構中存在著大量鄰苯二酚基團，這使得磺化木質素可以通過非共價作用以及共價化學結合作用對各種不同的基底進行黏附。
    23、3、導電水凝膠的保水能力極大影響著它的導電能力，用聚二甲基硅氧烷彈性體薄膜對羧甲基纖維素-液態金屬-木質素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠進行包覆，可以減緩水凝膠的水分蒸發從而延長基于羧甲基纖維素-液態金屬-木質素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的可穿戴應變傳感器的使用壽命。
    本文檔來自技高網...
                            
    
                            
    【技術保護點】
    
                                
    1.一種基于羧甲基纖維素-液態金屬-木質素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應變傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
    2.根據權利要求1所述的基于羧甲基纖維素-液態金屬-木質素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應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、木質素磺酸鈉與水的質量體積比為0.05~0.125：0.02：16g/g/mL。
    3.根據權利要求1所述的基于羧甲基纖維素-液態金屬-木質素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應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、木質素磺酸鈉與水的質量體積比為0.1：0.02：16g/g/mL。
    4.根據權利要求1所述的基于羧甲基纖維素-液態金屬-木質素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應變傳感器的制備方法，其特征在于，所述液態金屬為鎵銦合金，鎵銦合金中金屬鎵和金屬銦的質量比為75.5：24.5，鎵銦合金的加入量為0.3g。
    5.根據權利要求1所述的基于羧甲基纖維素-液態金屬-木質素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應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.根據權利要求1所述的基于羧甲基纖維素-液態金屬-木質素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應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，所述交聯劑和引發劑分別為N'N-亞甲基雙丙烯酰胺和過硫酸銨。
    7.根據權利要求1所述的基于羧甲基纖維素-液態金屬-木質素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應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.根據權利要求7所述的基于羧甲基纖維素-液態金屬-木質素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應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.根據權利要求7所述的基于羧甲基纖維素-液態金屬-木質素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應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-液態金屬-木質素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應變傳感器在可穿戴柔性電子器件中的應用。
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    【技術特征摘要】
    
                                
    1.一種基于羧甲基纖維素-液態金屬-木質素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應變傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
    2.根據權利要求1所述的基于羧甲基纖維素-液態金屬-木質素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應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、木質素磺酸鈉與水的質量體積比為0.05~0.125：0.02：16g/g/ml。
    3.根據權利要求1所述的基于羧甲基纖維素-液態金屬-木質素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應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、木質素磺酸鈉與水的質量體積比為0.1：0.02：16g/g/ml。
    4.根據權利要求1所述的基于羧甲基纖維素-液態金屬-木質素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應變傳感器的制備方法，其特征在于，所述液態金屬為鎵銦合金，鎵銦合金中金屬鎵和金屬銦的質量比為75.5：24.5，鎵銦合金的加入量為0.3g。
    5.根據權利要求1所述的基于羧甲基纖維素-液態金屬-木質素磺酸鈉-聚丙烯酸水凝膠的柔性應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，...
                            
    
                            
    【專利技術屬性】
    
                                技術研發人員：韓景泉，麻靜仁，楊偉勝，岳一瑩，蔣少華，何水劍，
    
        申請(專利權)人：南京林業大學，
    
        類型：發明
    
        國別省市：
    
                            
    
                            
                        
    
                    
    
                    
                    
                     
                
    
                
                
    
                    
    
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