[发明专利]一种水凝胶型运动敷料

说明书

本发明公开了一种MXene/PNIPAm水凝胶的制备方法。本发明水凝胶以MXene和KH570质量比为10:1～1:10对MXene表面改性作为导电介质，NIPAm的质量分数为水和NIPAm总质量的5wt％‑25wt％，KH570‑MXene的质量分数为NIPAm质量的0.1‑1wt％，交联剂N’N‑亚甲基双丙烯酰胺的质量分数为NIPAm质量的0.5wt％‑5wt％，预聚后的PNIPAm与NIPAm的质量比为5:1‑1:5，本发明水凝胶力学性能较好，具有良好的导电性和黏附性，可作为应变传感传感器应用于复杂环境。

技术领域：

本发明属于传感器材料技术领域，具体涉及一种MXene/PNIPAm水凝胶型柔性应变传感器的制备方法。

背景技术：

近年来，向小型化和可穿戴电子设备发展的趋势推动了可拉伸电子设备领域的发展。由于促进健康和健身追踪一直是推动这一发展的主要驱动力之一，因此可以预期，可伸缩和可穿戴的传感微电子已广泛应用于可植入生物传感器，个人可穿戴电子，软机器人以及表皮微电子等领域。特别是，电阻应力传感器在全身可穿戴，活动相关的监视系统的开发中起着重要作用。这些传感器依赖于将机械刺激转换为电阻变化来监测各种生理信号，例如脉搏状况，血压，发声变化，面部表情，关节运动和皮肤肿胀。为了使这些传感器能够进行全范围诊断，传感材料必须能够在各种条件下准确检测和区分信号波，以输出有关人体的相应信息。

目前报道的柔性应变传感器主要以导电纳米粒子或导电聚合物作为导电介质，如纳米银线、金/银纳米颗粒、纳米炭黑、石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维、聚吡喏、聚3，4～乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐、聚苯胺等。然后以高拉伸柔性的聚合物作为基体制成具有高拉伸应变的柔性应变传感器。

MXenes是一种新出现的二维(2D)过渡金属碳化物和碳氮化物，具有金属导电性，丰富的表面官能团和较大的层间间距，因此非常有希望用于传感材料。尽管MXene具有无与伦比的电性能，但由于其固有的刚性和脆性结构，很容易受到机械变形的影响，从而限制了它们在柔性电子产品中的应用。将MXene与柔软的聚合物结合使用，可以改善其机械柔韧性，可拉伸性和感测性能。但是，由于MXene纳米片与聚合物基质之间缺乏有效的界面相互作用，因此MXenes/聚合物基的传感器通常会有较差的响应可靠性，难以区分的电信号输出以及较差的性能稳定性。

本实验以MXene作为导电基材，用硅烷偶联剂对MXene纳米片表面改性，增加与聚合物反应的活性位点增强MXene与聚合物的相容性。然后将表面改性后的MXene纳米片与N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)单体共聚形成水凝胶，其中MXene形成导电网络，水凝胶有较好的拉伸和导电性能。

发明内容：

本发明的目的是提供一种MXene/PNIPAm水凝胶型柔性应变传感器的制备方法，使其有较高的拉伸性和较高的灵敏度。

第一方面，本发明通过以下技术方案实现：一种MXene/PNIPAm水凝胶，包括如下成分:Ti₂C₃T_x MXene、KH570、N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵(APS)、四甲基乙二胺(TEMED)、乙醇、乙酸。

本发明提供的MXene/PNIPAm水凝胶，主要组分为KH570改性的MXene纳米片以及NIPAm，交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺，混合体系在交联剂的作用下形成三维网状结构。KH570改性后MXene表面含有可反应的双建，实现MXene与聚合物之间的共价连接。

本发明中，MXene的质量分数指的是MXene的质量与NIPAm质量的比值；NIPAm的质量分数指的是NIPAm的质量与混合溶液总质量的比值；