一种疏水抗溶胀离子凝胶压力传感器件的制备方法

本发明涉及一种疏水抗溶胀离子凝胶压力传感器件的制备方法，属于功能材料领域。

背景技术：

1、压力传感器能够将压力信号转换为可视化的电信号输出，从而实现局部物理运动状态的可视化和量化，随着柔性电子产品及可穿戴设备的蓬勃发展，离子凝胶以其优异的电化学性能、良好的柔韧性以及机械性能，在电子皮肤和人机交互领域显现出巨大潜力，已经逐渐成为了柔性可穿戴传感器件的明星材料。现如今大部分离子凝胶具有较高的含水量以及固有的膨胀特性和离子扩散特性，这导致其在应用环境方面受限制，难以在水下发挥作用。因此构筑疏水抗溶胀功能性离子凝胶十分有意义，具有广阔的海洋领域应用前景，在水下可穿戴式传感器和海洋通信器领域中具有巨大的发展潜力。离子凝胶的功能一体化是实现可调的、多种载荷形式的压力传感范围，将多模态触觉传感能力集成到可穿戴传感设备的有效途径。

技术实现思路

1、本发明所要解决的问题在于针对离子凝胶的高含水量以及固有的膨胀特性和离子扩散特性，提供了一种疏水抗溶胀离子凝胶压力传感器件的制备方法。这种具有特殊功能性的离子凝胶传感器的主要特点是突破了水下应用环境的限制，实现离子凝胶基传感器的水下通信，并在人体状态的实时监测，甚至是海洋资源勘察领域发挥作用。本发明中疏水抗溶胀离子凝胶压力传感器的制备方法为，先将含有疏水功能基团的离子前驱体溶液导入pvc模具中，然后通过热引发聚合的方式制备功能离子凝胶，然后在其两端连接导线并封装得到疏水抗溶胀功能性离子凝胶基压力传感器件。本发明制备方法简便、绿色无毒，且制得的压力传感器具有疏水功能性以及高灵敏度、宽的线性压力响应范围等传感参数，可以在电子皮肤、海洋开发等领域广泛地拓展应用。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、(1)前驱体溶液的制备：依次加入丙烯酸叔丁酯(t-bua)、1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([bmim]tfsi)、乙二醇二甲基丙烯酸酯(egdma)，2，2-偶氮二异丁腈(aibn)，二氧化硅(sio2)，氮气存在的条件下，磁力搅拌以及超声特定时间得到混合均匀的前驱体离子溶液；

4、(2)模具的选择：选择具有特定尺寸、特定形状的pvc(聚氯乙烯)材质模具；

5、(3)疏水抗溶胀离子凝胶的制备：将上述步骤(1)中制备的前驱体溶液导入pvc模具中，恒温恒湿的条件下，静置一段时间，后续在真空环境下进行热引发聚合，最后经过辅助干燥得到性能稳定的疏水抗溶胀离子凝胶；

6、(4)疏水抗溶胀离子凝胶压力传感器的制备：将上述步骤(3)中制备的疏水抗溶胀离子凝胶作为传感元件，通过在其两端连接导线并封装得到疏水抗溶胀功能性离子凝胶基压力传感器件。

7、作为优选，步骤(1)中丙烯酸叔丁酯(t-bua)的用量为0.5-5g，1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([bmim]tfsi)的用量为3-10g，乙二醇二甲基丙烯酸酯(egdma)的用量为1-5mg，2，2-偶氮二异丁腈(aibn)的用量为2-10mg，二氧化硅(sio2)规格为纳米级粉末(15nm)，用量为5-50wt％离子前驱体溶液，氮气通入时间为10-30min，磁力搅拌时间为5-30min，超声时间为2-10min。

8、作为优选，步骤(2)中模具尺寸为，内径1-3mm，外径1-5mm，长度1-20cm，模具材质为高透明的耐油流体pvc材料。

9、作为优选，步骤(3)中前驱体溶液的用量为1-20ml，恒温恒湿条件为洁净实验室条件：温度25±5℃，相对湿度65％±10％rh，真空烘箱放置时间为1-4h，温度为30-80℃，辅助干燥方式为真空干燥，干燥温度为10-60℃，干燥时间为6-24h。

10、由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：

11、(1)前躯体离子溶液的制备过程所使用的主要原料为离子液体，离子液体具有难燃、难挥发、热稳定性优异、电化学性能优异和绿色环保等特点，制得的前驱体离子溶液安全性高、稳定性好、同时对环境也友好；

12、(2)本发明制备的传感元件为离子凝胶，离子凝胶是一种具有固-液双相机械特征的新型聚合物电解质，兼备优异的电化学性能和结构力学性能，同时具备生物相容性好、不易燃易爆、高电导率、高透明、高韧性等；

13、(3)本发明制备方法便捷、绿色无毒无公害，制备的离子凝胶基压力传感器具有高灵敏度、快速响应性、宽的线性压力响应范围以及高保真性；

14、(4)本发明制备的疏水抗溶胀离子凝胶压力传感器件具有疏水抗溶胀功能性，粘附性也强，可以长时间在水下贴合人体皮肤使用，在水下可穿戴式传感器和海洋通信器领域中具有巨大的发展潜力。

技术特征：

1.一种疏水抗溶胀离子凝胶压力传感器件的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述一种疏水抗溶胀离子凝胶压力传感器件的制备方法，其特征在于，上述步骤(1)中丙烯酸叔丁酯(t-bua)的用量为0.5-5g，1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([bmim]tfsi)的用量为3-10g，乙二醇二甲基丙烯酸酯(egdma)的用量为1-5mg，2，2-偶氮二异丁腈(aibn)的用量为2-10mg，二氧化硅(sio2)规格为纳米级粉末(15nm)，用量为5-50wt％离子前驱体溶液，氮气通入时间为10-30min，磁力搅拌时间为5-30min，超声时间为2-10min。

3.根据权利要求1所述一种疏水抗溶胀离子凝胶压力传感器件的制备方法，其特征在于，上述步骤(2)中模具尺寸为，内径1-3mm，外径1-5mm，长度1-20cm，模具材质为高透明的耐油流体pvc材料。

4.根据权利要求1所述一种疏水抗溶胀离子凝胶压力传感器件的制备方法，其特征在于，上述步骤(3)中前驱体溶液的用量为1-20ml，恒温恒湿条件为洁净实验室条件：温度25±5℃，相对湿度65％±10％rh，真空烘箱放置时间为1-4h，温度为30-80℃，辅助干燥方式为真空干燥，干燥温度为10-60℃，干燥时间为6-24h。

5.根据权利要求1所述一种疏水抗溶胀离子凝胶压力传感器件的制备方法，其特征在于，上述步骤(4)中离子凝胶具备疏水抗溶胀性，较强的粘附性以及稳定性，可以长时间在水下贴合人体皮肤使用，并且传感器通过导线直接组装，不需要使用到电极。

技术总结
本发明涉及一种疏水抗溶胀离子凝胶压力传感器件的制备方法，属于功能材料领域。现如今大部分离子凝胶具有较高的含水量以及固有的膨胀特性和离子扩散特性，这导致其在应用环境方面受限制，难以在水下发挥作用。本发明所要解决的问题在于针对突破水下应用环境的限制，提供了一种疏水抗溶胀离子凝胶压力传感器件的制备方法。这种具有特殊功能性的离子凝胶传感器的主要特点是具备疏水抗溶胀性和强粘附性，可以长时间在水下贴合人体皮肤使用，在水下可穿戴式传感器和海洋通信器领域中具有巨大的发展潜力。离子凝胶的功能性一体化是实现可调的、多种载荷形式的压力传感范围，将多模态触觉传感能力集成到可穿戴传感设备的有效途径。

技术研发人员：李秋瑾,张佩端,巩继贤
受保护的技术使用者：天津工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13