CN113265084B - 一种碳材料复合凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

一种碳材料复合凝胶及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碳材料复合凝胶及其制备方法和应用，凝胶表面覆盖修饰了碳材料，可以进一步用作应变传感器，当待测应力施加在凝胶上时导致表面碳材料薄膜发生形变，待测应力大小的变化影响凝胶和碳材料薄膜中离子的迁移和电子的运动，从而产生电学信号，形成凝胶对待测应变压力的响应，而且可使应变传感器具备优异的可拉伸性和柔性，疏水性，应变系数大，应变响应能力强，在检测较小的应变时仍能表现出迅速稳定的响应，且响应稳定性较好，可以更好地排除环境的干扰，还具有良好的抗冻性，能广泛应用于可穿戴设备、人机界面、柔性机器人或电子皮肤等多种设备中。

Description

一种碳材料复合凝胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，更具体地，涉及一种碳材料复合凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
随着物联网的普及和可穿戴设备的发展，柔性显示与柔性传感技术在智能设备领域扮演着越来越重要的角色，能够对周围环境中的包括温度、湿度及压力变化等参数做出准确响应的柔性传感器正是市场上迫切需要的，也是这些设备的核心部件。与此同时，在电子皮肤、人机交互以及智能机器人等应用领域，响应迅速的柔性传感器亦是其中不可或缺的一环。
作为一种具有良好的可拉伸性、透明性和生物相容性的新型材料，高分子水凝胶便成为了柔性传感应用中的优良候选者。高分子水凝胶是一种具有亲水性的高分子交联成三维网络并吸收一定水分后形成的凝胶，其主要成分一般有高分子聚合物、水、交联剂以及引发剂。在给定的特定光热等条件和引发剂的催化作用下，聚合物单体就能够交联形成三维网络，同时锁住添加的水分，最终呈现出具有固定形貌的凝胶状外观。在各项传感应用中，通过构建坚韧的互连网络的同时引入导电机制，水凝胶就能够把所需检测的外界刺激转化为电信号来达到传感的目的。然而，目前报道的水凝胶应变传感器的应变系数(即拉伸单位长度时相对电阻变化值)普遍较低，这使得它们在承受较低应力时产生的相对电阻变化响应过小导致容易受到其余外界刺激的干扰。与此同时，为了满足越来越复杂的使用环境和更加多样且精密的测量指标的需求，如何让凝胶在作为应变传感器使用时能够在寒冷干燥等恶劣环境下仍对外界刺激做出稳定且准确的响应也是我们亟需解决的问题。中国专利CN111234112A公开了一种水凝胶柔性应变传感器及其制备方法，其中公开了一种双网络水凝胶，具有一定的抗冻性，可以制成传感器，在寒冷环境下使用，但由于凝胶的表面亲水，外界水分会影响电导率，且应变系数小，易受外界干扰。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有高分子水凝胶作为应变传感器易受外界水分影响，从而影响电导率，且应变系数小，易受外界干扰的缺陷和不足，提供一种碳材料复合凝胶，在双网络结构的凝胶表面修饰碳材料，赋予凝胶高电导率和高疏水性的特性，作为应变传感器，不仅不影响其感受应力变化性能，还有效隔绝外界水分，提高凝胶电导率，且还提高了应变系数，不易受外界干扰。
本发明的又一目的是提供一种碳材料复合凝胶的制备方法。
本发明的另一目的是提供一种碳材料复合凝胶的应用。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种碳材料复合凝胶，包括聚合物网络、覆盖在凝胶表面的碳材料薄膜、溶剂和电解质盐，所述聚合物网络包括第一聚合物形成的第一聚合物网络和第二聚合物形成的第二聚合物网络。
本发明提供的凝胶具有双网络结构，并在凝胶表面修饰有碳材料薄膜，其中第一和第二聚合物网络用于增强凝胶的力学强度，提高凝胶的可伸缩性和使用寿命，且第二聚合物网络为柔性的聚合物分子网络，使凝胶整体具有较好的柔性和弹性；所提供的碳材料复合凝胶可以进一步用于制备应变传感器，当外界施加应力较小时，表面碳材料片状颗粒连接成完整碳材料薄膜，碳材料薄膜可用于感受应力变化，使得测试时电流从凝胶表面碳材料薄膜经过从而使得凝胶的测试电阻较小，展现出远小于中层凝胶的电阻；而当外界施加应力较大时，表面碳材料薄膜破裂，测试时电流只能从中层凝胶通过，使得凝胶的测试电阻较大，从而形成凝胶对外界施加应力的响应，利用本发明的碳材料复合凝胶作为应力传感器，可使传感器具备优异的可拉伸性和柔性，高电导率，应变系数大，由于碳材料薄膜具有疏水性，因此还赋予了凝胶很好的疏水性，除了用于感受应力变化并提高所述凝胶电导率外，还能有效隔绝外界水分，排除外界水分对凝胶电导率造成的影响。
优选的，所述碳材料为还原氧化石墨烯。
优选地，所述第一聚合物为聚丙烯酰胺、聚苯胺、聚乙烯胺中的一种或多种。第一聚合物网络为通过共价键化学交联的高分子聚合物网络结构。
优选地，所述第二聚合物为卡拉胶、硫酸软骨素、明胶、海藻酸盐一种或多种。第二聚合物网络为通过离子键物理交联的网络结构。见实施例1～4。
更优选地，所述第一聚合物为聚丙烯酰胺，所述第二聚合物为卡拉胶。由于卡拉胶的双螺旋结构以及聚丙烯酰胺的聚合物分子链，在凝胶的拉伸过程中聚合物链的展开、卡拉胶双螺旋提供的牺牲键能够实现有效的能量耗散，使凝胶具有更好的拉伸应变性，能够承受更大程度的拉伸弯曲等形变。同时聚丙烯酰胺与卡拉胶之间也可形成氢键，使第一聚合物网络与第二聚合物网络之间形成协同效应，在凝胶拉伸形变过程中，氢键动态的断裂和重组促进能量耗散，进一步增强了凝胶的拉伸应变性。
优选地，所述第一聚合物与第二聚合物的质量比为16:1～1.3:1。
更优选地，所述第一聚合物与第二聚合物的质量比为6:1～4:1。
优选地，所述溶剂为水或水和碳原子数为1～10的小分子多元醇。所述溶剂用于溶解所述电解质盐，形成阴阳离子。碳原子数为1～10的小分子多元醇能够提高凝胶保水性，解决凝胶中水分易蒸发的问题，提高凝胶的耐高温性，同时还能够降低溶剂的凝固点，提高凝胶的抗冻保湿性，使传感器能在较宽的温度范围内正常工作。另外，小分子多元醇溶剂均含有多个-OH基团，能够与水分子形成氢键，使得所述凝胶能够承受更大的应力而不发生断裂，进而提高凝胶的杨氏模量。
优选地，所述小分子多元醇为丙二醇。丙二醇与水的混合溶液的冰点可达到负温度，可提高所述凝胶的抗冻性能。
优选地，所述电解质盐为氯化钾。
本发明保护上述碳材料复合凝胶的制备方法，包括如下步骤：
将第一聚合物的单体、交联剂、引发剂、第二聚合物、电解质盐以及溶剂在70～80℃加热条件下混合均匀，得到混合溶液，所述单体、交联剂及引发剂形成第一聚合物网络，然后加热到90～100℃，冷却至0℃～10℃后形成包括第一聚合物网络和第二聚合物网络的凝胶，将碳材料均匀分布在凝胶表面后再次加热到90～100℃，得到碳材料复合凝胶。
优选地，所述第一聚合物的单体为丙烯酰胺和卡拉胶。
优选地，所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。
优选地，所述引发剂为过硫酸铵。
所述第一聚合物由第一聚合物的单体、交联剂、引发剂通过聚合交联反应得到。
优选地，还包括将凝胶浸泡在碳原子数为1～10的小分子多元醇溶剂中1～2h后，取出后再将碳材料分散与浸泡后的凝胶表面。
优选的，所述混合溶液的制备方法为将第一聚合物的单体、交联剂、第二聚合物以及电解质盐在90～100℃均匀混合，电解质盐溶解在溶剂中，然后降温至70～80℃，加入引发剂，均匀混合得到混合溶液。
在加热条件下可以向混合体系中加入其它功能性组分，例如第一聚合物网络或者用于形成第一聚合物网络的原料，在冷却形成凝胶的过程中使添加的组分均匀的复合在凝胶中。在形成凝胶后也可以进一步用其他溶剂与原始的溶剂进行置换，改变凝胶中的溶剂组分。例如使用丙二醇进行置换，得到丙二醇修饰的双网络凝胶。
本发明保护上述碳材料复合凝胶在制备应变传感器中的应用。
一种应变传感器，由上述碳材料复合凝胶制得。
应变传感器通过碳材料复合凝胶的电导率的变化检测外界所施加的应力变化。
优选地，所述应变传感器还包括电极。所述电极用于测量能够反映凝胶电导率变化的参数。
优选地，所述电极为金属片、金属薄膜或导电浆料。
优选地，所述金属薄膜为铜薄膜或铝薄膜。
优选地，所述导电浆料为银浆、铝浆、碳浆中的一种。
两个电极可以分别设置在凝胶的两端。
具体地，所述参数为凝胶的总电阻。
更具体地，所述应变传感器用于通过凝胶电导率的变化检测外界所施加的应力变化。
优选地，所述应变传感器由凝胶成型并在两端集成电极得到。
优选地，所述应变传感器还包括参数的检测装置，与电极电连接，用于通过电极测量凝胶的电导率参数。
在承受拉力较小时所述凝胶的总电阻大小由表面碳材料薄膜决定，在承受拉力较大时所述凝胶的总电阻大小由双网络水凝胶决定。
本发明保护上述应变传感器在可穿戴设备、人机界面、柔性机器人或电子皮肤中的应用。
优选地，所述可穿戴设备、人机界面、柔性机器人或电子皮肤中包括柔性基底及层叠在柔性基底表面的应变传感器。
所述应力感测电子皮肤可直接贴在人体皮肤上实时监测所承受的应力大小并进行反馈给信号接收终端。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的碳材料复合凝胶，包括两种聚合物网络、覆盖在凝胶表面的碳材料薄膜、溶剂和电解质盐组成，凝胶的表面还覆盖修饰了碳材料，本发明提供的碳材料复合凝胶可以进一步用作应变传感器，当待测应力施加在凝胶上时导致表面碳材料薄膜发生形变，待测应力大小的变化影响凝胶和碳材料薄膜中离子的迁移和电子的运动，从而产生电学信号，形成凝胶对待测应变压力的响应，而且可使应变传感器具备优异的可拉伸性和柔性，疏水性，应变系数大，应变响应能力强，在检测较小的应变时仍能表现出迅速稳定的响应，且响应稳定性较好，可以更好地排除环境的干扰，还具有良好的抗冻性，能广泛应用于可穿戴设备、人机界面、柔性机器人或电子皮肤等多种设备中。
附图说明
图1为本发明实施例1碳材料复合凝胶的一锅法合成过程及结构示意图。
图2a和b分别为本发明实施例1碳材料复合凝胶拉伸时的形貌变化和作为应变传感器时的工作机理示意图。
图3a和c为本发明实施例1碳材料复合凝胶的表面疏水图像表征和接触角测试图，图3b和d是普通凝胶的表面疏水图像表征和接触角测试图。
图4a～d分别为本发明实施例1碳材料复合凝胶与普通凝胶在去离子水中浸泡1小时后的形貌、质量、体积和电阻变化对比测试图。
图5a～b为本发明实施例1～4碳材料复合凝胶的应力-应变曲线测试图和杨氏模量对比图。
图6为本发明实施例1碳材料复合凝胶的应变系数与普通凝胶的对比测试图。
图7a～d为本发明实施例1碳材料复合凝胶作为应变传感器的检测极限、响应速度以及迟滞性测试图。
图8a～c为本发明实施例1碳材料复合凝胶作为应变传感器的响应稳定性测试图。
图9a～d为本发明实施例1碳材料复合凝胶在-60℃下冷冻后的表面形貌拍摄图和应变响应测试图。
图10a为本发明实施例1～2碳材料复合凝胶和对比例1～2双网络凝胶在相对湿度为50％，温度为25℃的环境中质量损失随时间的变化曲线；图10b为本发明实施例1～2碳材料复合凝胶和对比例1～2双网络凝胶在相对湿度为50％，温度为25℃的环境中相对电阻随时间的变化曲线。
图11a～c分别为本发明实施例1碳材料复合凝胶作为应变传感器在不同条件下检测人体口腔开合，膝盖弯曲和手指弯曲的应变响应测试图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
实施例1
一种碳材料复合凝胶，包括聚合物网络、覆盖在凝胶表面的还原氧化石墨烯薄膜、丙二醇和氯化钾，所述聚合物网络包括聚丙烯酰胺网络和卡拉胶网络。
上述碳材料复合凝胶的制备方法，包括如下步骤：
S1.将7.5g丙烯酰胺粉末、1.5g卡拉胶粉末、0.09g氯化钾粉3和0.0045g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺粉末于41mL去离子水中，95℃下磁力搅拌至均匀；再降温至75℃加入0.0375g过硫酸铵以磁力搅拌均匀，获得混合溶液；
S2.将混合溶液置于烘箱中95℃下密封反应1～2小时以形成聚丙烯酰胺网络，再置于4℃低温环境下反应1～2小时以形成卡拉胶网络，获得聚丙烯酰胺/卡拉胶双网络凝胶；其中第一聚合物与第二聚合物的质量比为5:1；
S3.将聚丙烯酰胺/卡拉胶双网络凝胶置于100％的丙二醇溶液4中浸泡1小时；
S4.切取2cm*0.5cm*0.3cm的长方块状双网络水凝胶样品放入盛有还原氧化石墨烯rGO粉末的玻璃培养皿内，然后将培养皿用胶带密封后充分摇匀使得rGO粉末充分覆盖在水凝胶样品表面上，最后培养皿置于95℃下加热1小时使得水凝胶样品表面与rGO粉末充分嵌合以完成所述碳材料复合凝胶(或称为石墨烯薄膜复合水凝胶)的制备，其中制备过程如图1所示，其中1为丙烯酰胺，2为卡拉胶，3为氯化钾，4为丙二醇，5为还原氧化石墨烯，还原氧化石墨烯覆盖在凝胶表面。
实施例2
一种碳材料复合凝胶，包括聚合物网络、覆盖在凝胶表面的还原氧化石墨烯薄膜和氯化钾，所述聚合物网络包括聚丙烯酰胺网络和卡拉胶网络。
与实施例1制备方法基本相同，不同之处在于，不进行步骤S3浸泡丙二醇溶液的操作。
实施例3
一种碳材料复合凝胶，包括聚合物网络、覆盖在凝胶表面的还原氧化石墨烯薄膜、丙二醇和氯化钾，所述聚合物网络包括聚丙烯酰胺网络和卡拉胶网络。
与实施例1制备方法基本相同，不同之处在于，S3中浸泡丙二醇溶液的时长替换为0.5小时。
实施例4
一种碳材料复合凝胶，包括聚合物网络、覆盖在凝胶表面的还原氧化石墨烯薄膜、丙二醇和氯化钾，所述聚合物网络包括聚丙烯酰胺网络和卡拉胶网络。
与实施例1制备方法基本相同，不同之处在于，S3中浸泡丙二醇溶液的时长替换为2小时。
对比例1
本对比例凝胶的制备方法，包括如下步骤：
S1.将7.5g丙烯酰胺粉末、1.5g卡拉胶粉末、0.09g氯化钾粉末和0.0045g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺粉末于41mL去离子水中，95℃下磁力搅拌至均匀；再降温至75℃加入0.0375g过硫酸铵以磁力搅拌均匀，获得混合溶液；
S2.将混合溶液置于烘箱中95℃下密封反应1～2小时，通过单体丙烯酰胺与交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺在引发剂的作用下交联聚合得到聚丙烯酰胺网络，再降温置于4℃低温环境下反应1～2小时以形成卡拉胶网络，与溶剂、溶解在溶剂中的氯化钾及聚丙烯酰胺共同获得聚丙烯酰胺/卡拉胶双网络凝胶。
对比例2
本对比例凝胶的制备方法，包括如下步骤：
S1.将7.5g丙烯酰胺粉末、1.5g卡拉胶粉末、0.09g氯化钾粉末和0.0045g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺粉末于41mL去离子水中，95℃下磁力搅拌至均匀；再降温至75℃加入0.0375g过硫酸铵以磁力搅拌均匀，获得混合溶液；
S2.将混合溶液置于烘箱中95℃下密封反应1～2小时以形成聚丙烯酰胺网络，再置于4℃低温环境下反应1～2小时以形成卡拉胶网络，获得聚丙烯酰胺/卡拉胶双网络凝胶；
S3.将聚丙烯酰胺/卡拉胶双网络凝胶置于100％的丙二醇溶液中浸泡1小时。
性能测试
1、凝胶的表面疏水性
如图3，将5微升去离子水滴在实施例1制备的碳材料复合凝胶样品上，水滴在其表面保持完整球形(如图3a和图3b所示)，同时测得其表面接触角为122°(如图3d所示)，远大于普通凝胶的18°(如图3c所示)，说明表面修饰的碳材料薄膜将凝胶的亲水表面转变为了疏水表面。
如图4，将对比例3制备的双网络水凝胶样品和实施例1制备的碳材料复合凝胶样品浸泡在去离子水中1小时，通过形貌变化俯视图可知碳材料复合凝胶样品的体积膨胀远小于双网络水凝胶样品(如图4a所示)，同时其同步测量的相对质量、体积和电阻变化也远小于双网络水凝胶样品，说明所述碳材料薄膜能有效阻止凝胶从外部吸收水分，使碳材料复合凝胶具有水下应变传感的应用价值。
2、凝胶的机械强度
如图5，将实施例1～4制备的碳材料复合凝胶进行应力-应变曲线测试，随着浸泡丙二醇时长的增加，所得碳材料复合凝胶在拉伸相同长度下能承受的极限压强随之增加(如图5a所示)，根据每条测试曲线计算出的凝胶的杨氏模量也同步增加(如图5b所示)，表现出浸泡丙二醇时间延长时引入的更多的强氢键使得凝胶的机械强度的增加。
3、凝胶的应变响应能力
应变传感器通过凝胶电阻的变化检测所被施加的应力导致其应变的变化。如图2，当碳材料复合凝胶未被施加应力发生形变时，其电阻可由公式
Figure BDA0003105415430000081
给出，其中RrGO为水凝胶上下表面的单层石墨烯薄膜的电阻，Rgel为中间部分水凝胶本身的电阻。由于RrGO的大小远远小于Rgel，因此总电阻
Figure BDA0003105415430000082
即所述凝胶的电阻由表面石墨烯薄膜电阻决定。当外界对该应变传感器施加应力较大时，凝胶表面的石墨烯片之间的间距增大导致其导通电阻RrGO变为极大的隧穿电阻Rtun，并在片间距增大到一定程度时导致石墨烯薄膜电路断开使得测试阻值增大至双网络水凝胶的电阻Rgel。当外界对该应变传感器施加应力较小时，所述凝胶表面的石墨烯薄膜重复连接完整，使得其测试电阻从较大的双网络水凝胶电阻Rgel减小为较小的石墨烯薄膜电阻RrGO。因此，所述应变传感器可以通过测量所述凝胶电阻的变化检测所施加应变的变化。
如图6，将实施例1制备的碳材料复合凝胶(石墨烯薄膜复合水凝胶)拉伸至300％长度，随着拉伸长度的增加该复合凝胶的相对电阻变化(ΔR/R0％，ΔR为电阻的变化，R0为初始状态的电阻)不断增大，表现出电学参数随应变的增加而变化的应变响应能力。经拟合计算得该碳材料复合凝胶的应变系数(相对电阻变化与应变大小变化的比值)为90.46，远远超出同条件下测试的对比例1制得的双网络水凝胶样品的4.64，表现出碳材料复合水凝胶在承受应变时相比于双网络水凝胶的电阻变化幅度更大，应变响应能力更强。本发明的碳材料复合凝胶表面具有一层连接紧密的石墨烯薄膜，可在承受应力时发生形变，导致凝胶电阻发生剧烈变化，对于非常小的待测应力仍然能够响应，检测灵敏度非常高。
4、应变传感性能
如图7，将将实施例1制备的碳材料复合凝胶作为应变传感器进行了包括响应检测极限、响应速度以及迟滞性在内的一系列测试。该应变传感器在检测低至0.1％、0.2％和0.5％大小的应变时仍能表现出迅速稳定的响应(如图7a所示),同时在以不同频率进行30％长度拉伸时能够实时反映拉伸的速率(如图7b所示)。与此同时，在其中截取的一次拉伸循环中能够看出该应变传感器迟滞性较低，拉伸过程与释放过程中的电阻变化较为吻合(如图7c所示)，此外该传感器在响应速度的测试中也展现出低至0.19s的拉伸响应速度(如图7d所示)。
5、响应稳定性
如图8，将实施例1制备的碳材料复合凝胶样品拉伸至25％长度后释放回原长并重复800个循环得到图中的响应变化曲线，在长达3000s的拉伸循环中该应变传感器的响应始终保持225％左右的大小(如图8a所示)，其中截取的第4～16s和第2520～2532s的3个循环中的响应变化曲线几乎完全相同(如图8b和图8c所示)，响应稳定性较好。
6、凝胶的抗冻性
如图9，将实施例1～3中制备的碳材料复合凝胶样品置于-60℃的环境下冷冻1小时，观察可知实施例1中的凝胶样品在冷冻1小时后没有结冰，抗冻性最佳(如图9a所示)，且实施例1中制得凝胶样品还保持着良好可拉伸性和柔性(如图9b所示)，对于10％～100％的不同拉伸长度和0.3Hz～1.2Hz的不同拉伸频率均展现出实时且稳定的响应(如图9c和图9d所示)。
7、凝胶的保湿性
将实施例1～2制备的碳材料复合凝胶和对比例1～2制备的双网络凝胶暴露于特定环境中进行稳定性检测。如图10a和图10b所示，在相对湿度50％，25℃的常温环境中，实施例1中浸泡了丙二醇且表面修饰了碳材料薄膜的复合凝胶在放置了65小时后质量损失和相对电阻变化均为最小，表现出两者协同作用下给所得凝胶带来的高质量稳定性和电阻稳定性。
8、实际应用性能
如图11a所示，通过实施例1制备的碳材料复合凝胶作为应变传感器监测人体膝盖弯曲，其中传感器制备过程为在该复合水凝胶两端缠绕银线后将铜箔粘附于银线末端制成。从图中能够看出当人体膝盖弯曲后该凝胶能够实时作出25％的响应，在伸直后便恢复至初值。同时在数个往复循环中响应均保持稳定。
如图11b所示,通过实施例1制备的碳材料复合凝胶在-60℃下冷冻1小时后作为应变传感器监测人体口腔开合，当人体口腔张开时依附于其上的凝胶被拉伸从而能够作出实时的相对电阻变化响应，在所进行的7组循环中其响应大小始终保持在23％左右，表现了该传感器在低温极端环境下的应变检测能力。
如图11c所示，通过实施例1制备的碳材料复合凝胶在水中作为应变传感器检测人体手指弯曲，在水下该应变传感器同样能够对手指弯曲作出27％的稳定循环响应并保持基底电阻不变，展现出所述凝胶的疏水表面赋予了该应变传感器在水中进行应变检测的应用潜力。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种碳材料复合凝胶，其特征在于，包括凝胶和覆盖在凝胶表面的碳材料薄膜；所述凝胶包括溶剂、电解质盐、第一聚合物形成的第一聚合物网络和第二聚合物形成的第二聚合物网络；
所述碳材料复合凝胶的制备方法包括如下步骤：
将第一聚合物网络的单体、交联剂、引发剂、第二聚合物、电解质盐以及溶剂在70～80℃加热条件下混合均匀，得到混合溶液，所述单体、交联剂及引发剂形成第一聚合物网络，然后加热到90～100℃，冷却至0℃～10℃后形成包括第一聚合物网络和第二聚合物网络的凝胶，将碳材料均匀分布在凝胶表面后再次加热到90～100℃，得到碳材料复合凝胶。
2.根据权利要求1所述碳材料复合凝胶，其特征在于，所述第一聚合物为聚丙烯酰胺、聚苯胺、聚乙烯胺中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述碳材料复合凝胶，其特征在于，所述第二聚合物为卡拉胶、硫酸软骨素、明胶、海藻酸盐一种或多种。
4.根据权利要求1所述碳材料复合凝胶，其特征在于，所述第一聚合物与第二聚合物的质量比为16:1～1.3:1。
5.根据权利要求1所述碳材料复合凝胶，其特征在于，所述溶剂为水或水和碳原子数为1～10的小分子多元醇。
6.根据权利要求1所述碳材料复合凝胶，其特征在于，所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。
7.权利要求1～6任一项所述碳材料复合凝胶在制备应变传感器中的应用。
8.一种应变传感器，其特征在于，由权利要求1～6任一项所述碳材料复合凝胶制得。
9.权利要求8所述应变传感器在可穿戴设备、人机界面、柔性机器人或电子皮肤中的应用。
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