[发明专利]一种自修复型耐候性导电凝胶及其制备方法、基于尼龙膜封装的柔性传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种自修复型耐候性导电凝胶及其制备方法、基于尼龙膜封装的柔性传感器及其制备方法。本发明提供的自修复型耐候性导电凝胶，制备原料包括水、甘油、丙烯酸、纳米甲壳素、无水氯化铝、N,N'‑亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵。本发明以水和甘油作为溶剂，丙烯酸和纳米甲壳素为主体，以无水氯化铝作为物理交联剂，以N,N'‑亚甲基双丙烯酰胺为化学交联剂，以过硫酸铵作为引发剂，制备得到具有自修复性、耐候性及透明性的导电凝胶。以该导电凝胶作为导电层，尼龙膜作为封装层，组装制备出了耐候性自愈型凝胶传感器，不受外界温度变化影响，反应灵敏，使用寿命长，信号稳定。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种自修复型耐候性导电凝胶及其制备方法、基于尼龙膜封装的柔性传感器及其制备方法。

背景技术

目前，传感器是可穿戴设备的核心部件，根据应用场景不同，传感器功能多样。然而，大部分传感器具有既硬且脆的性质，易发生变形和破损，长期使用过程中性能稳定性差，在无规表面上粘附性不足且造价高昂。因此，如何制备出柔性好、长期稳定性高的柔性传感器是整个柔性电子领域广泛关注的问题，并逐步成为现今前沿研究领域之一。

目前，广泛采用的基底材料以聚二甲基硅氧烷（PDMS）为代表，但由于导电材料与常规PDMS柔性衬底物理化学性能的差异，在进行大变形过程中导电层不可避免的会发生断裂及从衬底上发生剥离等状况；并且，目前将导电材料直接涂覆在柔性衬底上虽然工艺较为简单，但导电层一旦发生破裂，就会导致传感器最终失效。因此，如何制备出与柔性衬底层具有良好粘附性且具有良好自修复性能的柔性传感器是目前的研究热点及难点。

水凝胶材料具有良好的生物相容性和导电性，目前在柔性传感器领域引起了人们的广泛关注，然而，水凝胶在储存一定时间及温度升高情况下，其体内的水含量极易发生改变而导致制备的传感器性能不稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自修复型耐候性导电凝胶及其制备方法、基于尼龙膜封装的柔性传感器及其制备方法。本发明提供的导电凝胶具有良好的自修复性、透明性和耐候性，以该导电凝胶为导电材料制备的柔性传感器性能稳定，具有优异的耐候性及高度灵敏性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种自修复型耐候性导电凝胶，制备原料包括水、甘油、丙烯酸、纳米甲壳素、无水氯化铝、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵。

优选地，以水和甘油的总体积计，所述甘油的含量≤40% v/v；所述丙烯酸的含量为10~20% v/v；所述纳米甲壳素的含量≤0.35% wt/v；所述无水氯化铝的含量≤3% wt/v；所述N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的含量≤0.042% wt/v；所述过硫酸铵的含量为0.4~1.2% wt/v。

本发明提供了上述技术方案所述自修复型耐候性导电凝胶的制备方法，包括以下步骤：

将水、甘油、丙烯酸、纳米甲壳素、无水氯化铝、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵混合，进行交联反应，得到自修复型耐候性导电凝胶。

优选地，所述交联反应的温度为40~80℃，所述交联反应的时间为2~6h。

本发明提供了一种基于尼龙膜封装的柔性传感器，包括依次叠层设置的第一封装层、第一导电层、介电层、第二导电层和第二封装层；所述第一封装层、第二封装层和介电层为尼龙膜；所述第一导电层和第二导电层的材质为上述自修复型耐候性导电凝胶或上述制备方法制备得到的自修复型耐候性导电凝胶。

优选地，所述尼龙膜包括双向拉伸尼龙膜或流延尼龙膜。

优选地，所述双向拉伸尼龙膜的厚度为10~35μm；所述流延尼龙膜的厚度为110~170μm。

优选地，所述第一导电层和第二导电层的厚度为0.8~1.5mm。