本發(fā)明屬于電子皮膚，具體涉及一種應(yīng)力感知型電子皮膚的制備方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，柔性傳感材料備受科研工作者青睞，眾多能夠感知拉伸、壓力及溫度等刺激的傳感材料不斷涌現(xiàn)并廣受關(guān)注。然而，應(yīng)力傳感材料的研究始終面臨著巨大挑戰(zhàn)。令人欣喜的是，具有剪切增稠性的材料憑借其獨(dú)特的固液性能，展現(xiàn)出感知應(yīng)力的巨大潛力。此類材料不僅具備卓越的自修復(fù)性能、粘彈性及熱穩(wěn)定性，還在阻燃材料、粘合劑、涂層等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。但遺憾的是，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性以及變形的不可逆性，極大地制約了其應(yīng)用范圍的拓展。

2、人體皮膚堪稱自然界的一大奇跡，它能夠敏銳地感知極其細(xì)微的外界變化，如輕柔的撫摸、細(xì)微的壓力、微小的拉伸以及溫度的微弱波動等。如何賦予高分子材料類似人體皮膚的神奇功能，已成為當(dāng)下科研領(lǐng)域積極探尋的熱點(diǎn)課題之一。一方面，隨著科技的不斷進(jìn)步，對于機(jī)電假體、軟機(jī)器人以及用于監(jiān)測人體健康的柔性可穿戴傳感材料的需求與日俱增；另一方面，人體監(jiān)測設(shè)備所蘊(yùn)含的巨大價(jià)值和深遠(yuǎn)意義不言而喻，它直接關(guān)系到人們的幸福與健康。電子傳感材料廣泛應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域、人體健康監(jiān)測以及機(jī)械工作環(huán)境等諸多重要場景，堪稱推動人類邁向更具信息化生活的強(qiáng)大科技引擎?？蒲泄ぷ髡邆兺ǔ＝柚鷮?dǎo)電傳感材料在監(jiān)測過程中電阻的相對變化(δr/r0，其中r0為初始電阻δr為電阻變化值)來精準(zhǔn)地感知各類刺激，這種可視化傳感方式不僅直觀易懂，更具有極其重要的實(shí)用性意義，為科研探索與實(shí)際應(yīng)用搭建起了一座堅(jiān)實(shí)的橋梁。

3、liu等人在模擬指尖壓阻感知能力方面取得了突破性進(jìn)展，提出了一種制造具有自愈合能力且高度靈敏傳感器的創(chuàng)新策略。該傳感器的基體由金沉積的微刺陣列、聚丁二醇、六亞甲基二異氰酸酯和異佛爾酮二異氰酸酯組合而成。其自修復(fù)效率在短短4小時(shí)內(nèi)便高達(dá)90％，且可拉伸至驚人的1000％。更令人驚嘆的是，該傳感器擁有25毫秒的超快響應(yīng)時(shí)間，能夠精準(zhǔn)檢測按壓和剪切等多種外部應(yīng)變刺激。sui等人則提出了一種泡沫壓阻傳感器，其對于外界壓力的靈敏性極高，其制備工藝巧妙地通過將多壁碳納米管注入多糖支架的多孔pdms發(fā)泡材料中來實(shí)現(xiàn)。在0-30％的壓縮應(yīng)變測試中，該材料線性響應(yīng)區(qū)域的系數(shù)在2.85-8.76之間，且在歷經(jīng)40000次循環(huán)壓縮后依然表現(xiàn)出卓越的穩(wěn)定性。更關(guān)鍵的是，該材料能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測運(yùn)動步態(tài)的變化，識別使用者的走姿，為人類術(shù)后康復(fù)監(jiān)測開辟了全新策略。

4、jazani等人另辟蹊徑，通過將d-a鍵以接枝的方式引入pdms中，成功制備出一種兼具拉伸性和熱愈合性的以d-a鍵為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的交聯(lián)聚合物。該聚合物的自愈合依賴一定的溫度。在60℃下，有效促進(jìn)了分子鏈的運(yùn)動以達(dá)到自愈合的目的，后使銀納米線精準(zhǔn)嵌入聚合物基體，從而形成高性能的應(yīng)變傳感器。傳感器僅對拉伸作用敏感，而對彎曲不敏感，雖功能單一，但為制備響應(yīng)精確的傳感器提供了極具價(jià)值的方案。

5、然而，在當(dāng)前的研究中，能夠有效監(jiān)測人體節(jié)律運(yùn)動并精準(zhǔn)反映人體運(yùn)動狀態(tài)的傳感材料仍較為稀缺。一方面，具備應(yīng)力感知能力的材料本身就極為罕見；另一方面，傳感材料的性能受到諸多因素的綜合影響，制備出同時(shí)具備優(yōu)良導(dǎo)電性能與機(jī)械性能，且擁有自愈合性能的可回收傳感材料，無疑面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明公開了一種應(yīng)力感知型電子皮膚的制備方法，對于上述電子皮膚來說，實(shí)現(xiàn)對于人體運(yùn)動的精準(zhǔn)監(jiān)測還需要一定改進(jìn)，僅能夠感知壓力的有無并不能對于特定的外界因素給予獨(dú)特響應(yīng)。本發(fā)明通過將強(qiáng)、弱鍵兩種超分子材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)互穿，再以導(dǎo)電填料進(jìn)行填充制得電子皮膚，可以實(shí)現(xiàn)對于人體不同運(yùn)動狀態(tài)下的監(jiān)測，并具有長久的使用壽命。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

3、一種應(yīng)力感知型電子皮膚的制備方法，包括如下步驟：

4、(1)制得剪切增稠材料組分，然后制得超分子材料組分，采用共溶劑混合法實(shí)現(xiàn)雙組分共混，構(gòu)建互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并形成三維立體網(wǎng)絡(luò)形態(tài)；共混后形成混合溶液一；

5、(2)將導(dǎo)電材料置于混合溶液一中充分溶解并混合均勻，得到混合溶液二；

6、(3)將混合溶液二充分蒸發(fā)溶劑得到目標(biāo)樣片，于樣片表面涂抹導(dǎo)電銀膠，即得到所述電子皮膚。

7、優(yōu)選的，所述的步驟(3)中，將混合溶液二倒入模具中先通過常壓蒸發(fā)溶劑，再將模具放入低壓環(huán)境中進(jìn)一步蒸發(fā)溶劑得目標(biāo)樣片。

8、優(yōu)選的，所述的剪切增稠材料是指剪切增稠液、剪切增稠凝膠中的至少一種。

9、優(yōu)選的，所述的超分子材料是指d-a鍵基超分子材料、s-s鍵基超分子材料、多重氫鍵基超分子材料、金屬配位鍵基超分子材料中的至少一種。

10、優(yōu)選的，所述的導(dǎo)電材料是指mxene、多壁碳納米管、液態(tài)金屬、納米氧化鋅中的至少一種。

11、優(yōu)選的，所述的剪切增稠材料和超分子材料的質(zhì)量比為10：1～1:10之間，導(dǎo)電材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為混合溶液一的1wt％～15wt％。

12、本發(fā)明一種應(yīng)力感知型電子皮膚的制備方法的有益效果為：

13、常規(guī)的剪切增稠材料因其不穩(wěn)定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，雖然具有優(yōu)良的對外界刺激的感知能力，但冷流性和變形不可逆性始終限制著其多方面的發(fā)展，本發(fā)明利用另一超分子網(wǎng)絡(luò)對其進(jìn)行固定，同時(shí)保留其剪切增稠性，實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能及形態(tài)可控的電子皮膚的制備。此外，本發(fā)明制備的新型電子皮膚，原料為生物相容性良好的硅氧烷系聚合物，對人體無毒害，有利于大規(guī)模的推廣。更重要的是，該人體皮膚通過電阻變化可以實(shí)時(shí)監(jiān)控對于患者運(yùn)動狀態(tài)的細(xì)節(jié)變化，大大提高了對于患者運(yùn)動康復(fù)后的評估能力，同時(shí)，大大拓展了壓阻傳感器的體系，使其在醫(yī)療康復(fù)體系中的實(shí)際應(yīng)用有更大的潛力。

技術(shù)特征：

1.一種應(yīng)力感知型電子皮膚的制備方法，其特征為，包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)力感知型電子皮膚的制備方法，其特征為，所述的步驟(3)中，將混合溶液二倒入模具中先通過常壓蒸發(fā)溶劑，再將模具放入低壓環(huán)境中進(jìn)一步蒸發(fā)溶劑得目標(biāo)樣片。

3.如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)力感知型電子皮膚的制備方法，其特征為，所述的剪切增稠材料是指剪切增稠液、剪切增稠凝膠中的至少一種。

4.如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)力感知型電子皮膚的制備方法，其特征為，所述的超分子材料是指d-a鍵基超分子材料、s-s鍵基超分子材料、多重氫鍵基超分子材料、金屬配位鍵基超分子材料中的至少一種。

5.如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)力感知型電子皮膚的制備方法，其特征為，所述的導(dǎo)電材料是指mxene、多壁碳納米管、液態(tài)金屬、納米氧化鋅中的至少一種。

6.如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)力感知型電子皮膚的制備方法，其特征為，所述的剪切增稠材料和超分子材料的質(zhì)量比為10：1～1:10之間，導(dǎo)電材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為混合溶液一的1wt％～15wt％。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于電子皮膚技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)力感知型電子皮膚的制備方法，本發(fā)明通過將強(qiáng)、弱鍵兩種超分子材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)互穿，再以導(dǎo)電填料進(jìn)行填充制得電子皮膚，可以實(shí)現(xiàn)對于人體不同運(yùn)動狀態(tài)下的監(jiān)測，并具有長久的使用壽命。本發(fā)明制備的新型電子皮膚，原料為生物相容性良好的硅氧烷系聚合物，對人體無毒害，有利于大規(guī)模的推廣。更重要的是，該人體皮膚通過電阻變化可以實(shí)時(shí)監(jiān)控對于患者運(yùn)動狀態(tài)的細(xì)節(jié)變化，大大提高了對于患者運(yùn)動康復(fù)后的評估能力，同時(shí)，大大拓展了壓阻傳感器的體系，使其在醫(yī)療康復(fù)體系中的實(shí)際應(yīng)用有更大的潛力。

技術(shù)研發(fā)人員：王道愛,徐一同,馮敏,王鑫,張鍵
受保護(hù)的技術(shù)使用者：煙臺先進(jìn)材料與綠色制造山東省實(shí)驗(yàn)室
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15