电阻/电容双响应的MXene基水凝胶柔性传感器制备，本发明专利技术通过聚丙烯酰胺、明胶和MXene制备具有微结构的水凝胶结合叉指电极制备出的水凝胶柔性传感器可以同时检测出电阻响应信号和电容响应信号。可以通过检测的电阻和电容信号，利用两种响应信号之间数据互补，拓宽柔性传感器单一的响应信号模式，实现对于同一组数据的相互校准，使得柔性传感器的检测精度得到提高。本发明专利技术将MXene基水凝胶柔性传感器应用于人体生物信号的检测，例如颈动脉脉搏检测和桡动脉脉搏检测。测和桡动脉脉搏检测。测和桡动脉脉搏检测。
【技术实现步骤摘要】
电阻/电容双响应的MXene基水凝胶柔性传感器制备
[0001]本专利技术涉及柔性传感器领域，尤其涉及电阻/电容双响应的MXene基水凝胶柔性传感器制备。
技术介绍
[0002]柔性传感器因其便携性和弹性等特点，在软机器人、运动检测和健康医疗等领域受到广泛的应用。当前的水凝胶作为柔性传感器的材料，具有良好的柔性、优异的导电性、机械稳定性等特点。然而，现有的柔性传感器的功能往往比较单一。它们虽然都可以检测出电阻、电容或压电等信号，但是几乎全部都是以单一的响应信号模式存在，不仅信号灵敏度低而且响应信号模式单一，无法实现一些有较高精度要求的检测，例如人体的脉搏信号检测，这极大的阻碍了柔性传感器的应用范围。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供电阻/电容双响应的MXene基水凝胶柔性传感器制备,应用于人体生物信号的检测。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]电阻/电容双响应的MXene基水凝胶柔性传感器制备，所述水凝胶柔性传感器通过具有微结构的MXene基水凝胶和叉指电极之间通过水凝胶固有的粘性粘合组装而成。
[0006]所述具有微结构的MXene基水凝胶的制备包括以下步骤：
[0007]1)将丙烯酰胺单体、N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵和去离子水搅拌制备成聚丙烯酰胺(PAM)溶液；
[0008]2)按体积比混合PAM溶液、明胶溶液和MXene溶液，磁力搅拌溶解获得PGM混合溶液；
[0009]3)将PGM混合溶液和四甲基乙二胺混合加入到模具中，经热聚合交联得到具有微结构的MXene基水凝胶。
[0010]步骤1)中，搅拌时间为20～60min，转速为100～500rpm，搅拌温度为20～30℃；优选为30min、200rpm、25℃。
[0011]步骤1)中，所述PAM溶液的质量浓度为400～450mg/mL；优选为430mg/mL。
[0012]步骤2)中，所述明胶溶液中明胶的质量百分比为1％～8％，优选为4％。
[0013]所述MXene溶液过渡金属碳化物或氮化物中的一种或多种形成的单一或混合分散液，优选为单层或少层的碳化钛分散液，质量浓度为1～20mg/mL，优选为13mg/mL，溶质为去离子水。
[0014]步骤2)中，所述PAM溶液:明胶溶液:MXene溶液的体积比为10:4:(1～4)，优选为10:4:3。
[0015]步骤2)中，搅拌时间为10～30min，温度为20～30℃，转速为100～500rpm；优选为25℃，200rpm。
[0016]步骤3)中，所述四甲基乙二胺的体积为10～100uL，即PGM混合溶液和四甲基乙二胺的体积比为400:(1～10)，优选为400:5；所述热聚合交联温度为40～90℃，交联反应时间为3～10min；优选为80℃，10min。
[0017]步骤3)中，所述模具的微结构为直径0.4～2mm、高0.4～2mm的圆柱，圆柱之间的间距为0.4～2mm；优选为直径和高都为0.5mm的圆柱，圆柱之间的间距为0.5mm。
[0018]所述叉指电极的整体尺寸为直径为8～24mm的圆，电极宽度为0.4～0.6mm，电极间距为0.4～0.6mm；优选为直径为18mm的圆，电极宽度和间距都为0.4mm。
[0019]上述制备的水凝胶柔性传感器，拓宽水凝胶柔性传感器单一的响应信号方式，可同时具有电阻响应信号和电容响应信号。
[0020]所述水凝胶柔性传感器的应用，用于实现人体生物信号的高灵敏度检测，例如人体的颈动脉脉搏检测和桡动脉脉搏检测。
[0021]相对于现有技术，本专利技术技术方案取得的有益效果是：
[0022]1、区别于常见的单一功能的柔性传感器，本专利技术可以同时检测出电阻响应信号和电容响应信号，拓宽了水凝胶传感器在响应信号上的单一形式，为人体生物信号的识别(例如颈动脉和桡动脉的信号检测)提供了一种灵活性强、可控性高的方法。
[0023]2、相比于现有的柔性传感器，本专利技术具有更加优异的传感器性能，包括高电阻灵敏度(1.113kPa
‑1)和电容灵敏度(14.117kPa
‑1)、稳定的循环能力(4000圈循环)等。
[0024]3、本专利技术制备方法工艺简单，可大规模生产，为柔性可穿戴传感器的制备提供了新的思路。
附图说明
[0025]图1为所制备的MXene基水凝胶的SEM(扫描电镜)正面图(放大倍数为2000倍)。
[0026]图2为PAM/Gelatin/MXene水凝胶(MXene基水凝胶)的FTIR光谱图(傅里叶红外光谱)。
[0027]图3为MXene基水凝胶柔性传感器的示意图。
[0028]图4为PAM、PAM/Gelatin/MXene(MXene基水凝胶)两种水凝胶在拉伸下的应力
‑
应变曲线。
[0029]图5为MXene基水凝胶柔性传感器在不同压力下的实时电阻变化率。
[0030]图6为MXene基水凝胶柔性传感器在不同压力下的实时电容变化率。
[0031]图7为MXene基水凝胶柔性传感器在不同压力下的电阻式灵敏度。
[0032]图8为MXene基水凝胶柔性传感器在不同压力下的电容式灵敏度。
[0033]图9为MXene基水凝胶柔性传感器在0.23kPa压强下的循环测试。
[0034]图10为MXene基水凝胶柔性传感器贴在手腕皮肤上，测量人体桡动脉脉搏信号。
[0035]图11为MXene基水凝胶柔性传感器贴在颈部皮肤上，测量人体颈动脉脉搏信号。
具体实施方式
[0036]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本专利技术做进一步详细说明。
[0037]实施例1
[0038]一种具有微结构的MXene基水凝胶的制备方法：
[0039](1)将30g丙烯酰胺单体溶于70mL的去离子水中，加入0.1g过硫酸铵，0.05gN,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺，经磁力搅拌(条件：温度25℃、转速200rpm、搅拌时间30min)均匀后获得PAM溶液。
[0040](2)配置质量百分比为4wt％的明胶溶液。
[0041](3)取MAX相原材料(Ti3AlC2)，在HCl/LiF混合溶液中刻蚀，先后经历稀盐酸、去离子水和无水乙醇冰浴超声和离心数次获得MXene分散液(单层或少层的Ti3C2Tx分散液，浓度为13mg/mL，溶质为去离子水)。
[0042](4)按最优体积比(10:4:3)混合PAM溶液、明胶溶液和MXene溶液，磁力搅拌溶解获得PGM混合溶液(磁力搅拌时间为10min，温度为25℃，转速为200rpm)。
[0043](5)将10mL的PGM混合溶液和20uL的四甲基乙二胺混合加本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.电阻/电容双响应的MXene基水凝胶柔性传感器制备，其特征在于：所述水凝胶柔性传感器通过具有微结构的MXene基水凝胶和叉指电极之间通过水凝胶固有的粘性粘合组装而成。2.如权利要求1所述的电阻/电容双响应的MXene基水凝胶柔性传感器制备，其特征在于具有微结构的MXene基水凝胶的制备包括以下步骤：1)将丙烯酰胺单体、N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵和去离子水搅拌制备成聚丙烯酰胺(PAM)溶液；2)按体积比混合PAM溶液、明胶溶液和MXene溶液，磁力搅拌溶解获得PGM混合溶液；3)将PGM混合溶液和四甲基乙二胺混合加入到模具中，经热聚合交联得到具有微结构的MXene基水凝胶。3.如权利要求2所述的电阻/电容双响应的MXene基水凝胶柔性传感器制备，其特征在于：步骤1)中，搅拌时间为20～60min，转速为100～500rpm，搅拌温度为20～30℃；所述PAM溶液的质量浓度为400～450mg/mL。4.如权利要求2所述的电阻/电容双响应的MXene基水凝胶柔性传感器制备，其特征在于：步骤2)中，所述明胶溶液中明胶的质量百分比为1％～8％；所述MXene溶液为单层或少层的碳化钛分散液，质量浓度为1～20mg/mL，溶质为去离子水。5.如权利要求2所述的电阻/电容双...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶美丹，薛高飞，王伟国，白天，
申请(专利权)人：厦门大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：
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