CN115219078A - 一种基于刺槐豆胶水凝胶的压阻传感器及其制备方法和应用 - Google Patents

一种基于刺槐豆胶水凝胶的压阻传感器及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于刺槐豆胶水凝胶的压阻传感器及其制备方法和应用。本发明的压阻传感器包括：包括电极与压阻材料，所述电极与压阻材料组成电极、压阻材料、电极的三明治结构；所述压阻材料为刺槐豆胶水凝胶；所述电极为碳布电极；所述压阻材料与电极接触面粗糙度(Ra)为30～60μm。本发明基于刺槐豆胶水凝胶的压阻传感器制备简单，其中基于天然聚合物的压阻材料具有电子电导性，弹性良好，压阻传感器灵敏度高，在0‑10KPa内的灵敏度可达20.5KPa‑1。

Description

一种基于刺槐豆胶水凝胶的压阻传感器及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于压阻传感器的技术领域，更具体地，属于一种基于刺槐豆胶水凝胶的压阻传感器及其制备方法和应用。
背景技术
水凝胶是一类通过高分子材料形成的三维网络结构聚合物，内部含有大量水分，且具有可调的机械、热力学和离子/电子传输性能，在传感器方面具有很大的应用潜力。制备水凝胶的原材料种类繁多，可以采用高分子单体材料，也可以使用高分子聚合物材料(分为天然聚合物和合成聚合物)或者是高分子单体与聚合物的混合物。其中，明胶、纤维素、壳聚糖、海藻酸钠或蚕丝等天然聚合物在自然界中储量丰富而且生物相容性好，可用于制备水凝胶，基于天然聚合物的水凝胶由于具有高安全性、高生物相容性、低成本以及电学和机械性能可调等特性，近年来，被广泛应用在柔性压阻传感器等各种柔性可穿戴器件中。
中国专利《一种复合型石墨烯气凝胶、制备及在超级电容式压力传感器中的应用》公开了一种由再生蚕丝蛋白、石墨烯材料复合而成的复合型石墨烯气凝胶，可用于压阻传感器中，但基于该复合型石墨烯气凝胶的压阻传感器在0.01～10KPa下，其灵敏度为0.73KPa-1，灵敏度较低。并且该复合型石墨烯气凝胶制备工艺复杂。
因此，开发一种基于天然聚合物水凝胶、灵敏度高且水凝胶制备工艺简单的压阻传感器具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于针对目前基于天然聚合物压阻传感器灵敏度较低，制备工艺复杂的问题，提供一种基于刺槐豆胶水凝胶的压阻传感器。本发明基于刺槐豆胶水凝胶的压阻传感器灵敏度高，在0-10KPa内的灵敏度可达20.5KPa-1，其中基于天然聚合物的压阻材料制备简单，具有电子电导性，弹性良好。
本发明的另一目的在于提供一种基于刺槐豆胶水凝胶的压阻传感器的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种基于刺槐豆胶水凝胶的压阻传感器的应用。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
一种基于刺槐豆胶水凝胶的压阻传感器，包括依次叠设的第一电极、压阻材料和第二电极；
所述压阻材料为刺槐豆胶水凝胶；所述第一电极、第二电极均为碳布电极；
所述压阻材料与电极之间的接触面的粗糙度(Ra)为30～60μm。
刺槐豆胶是从刺槐树种子中提取出的一种天然半乳甘露聚糖，耐盐性强，吸水性强，稳定性高，成本低。
本发明研究发现以刺槐豆胶为主体，在水性介质中引入水溶性高分子并基于化学或物理相互作用形成交联网络，同时通过添加导电剂可形成具有电子导电性且具有良好力学弹性的水凝胶。本发明的发明人在研究中发现将第一电极、该水凝胶、第二电极层层组装得到的压阻传感器灵敏度较低，影响器件的探测精度。
本发明的发明人多次试验后发现第一电极、第二电极与刺槐豆胶水凝胶接触的面积对灵敏度有较大的的影响，通过选用碳布作为第一电极、第二电极，同时调控刺槐豆胶水凝胶表面(与第一电极和第二电极接触的那面)的粗糙度，从而增加刺槐豆胶水凝胶表面与第一电极和第二电极之间的接触位点，引起接触电阻值变化，进而提高刺槐豆胶水凝胶压阻传感器灵敏度。
本发明选用碳布为电极与具有特定粗糙度的刺槐豆胶水凝胶为压阻材料组装压阻传感器，电极与压阻材料组成电极、压阻材料、电极的三明治结构，大幅度提高了水凝胶表面与导电电极之间接触位点变化所引起的接触电阻值变化，从而大幅提高了传感器的灵敏度。本发明基于刺槐豆胶水凝胶的压阻传感器制备简单，其中基于天然聚合物的压阻材料具有电子电导性，弹性良好，压阻传感器灵敏度高，在0-10KPa内的灵敏度可达20.5KPa-1。
如选用其他电极材料作为第一电极、第二电极，难以保证刺槐豆胶水凝胶表面与第一电极和第二电极之间的充分接触，进而降低刺槐豆胶水凝胶压阻传感器灵敏度。如压阻材料与电极接触面粗糙度过小，则水凝胶表面与导电电极之间接触位点过少，施加压力的时候传感器电流变化不大，进而降低刺槐豆胶水凝胶压阻传感器灵敏度；如接触面粗糙度过大，则水凝胶表面与导电电极之间难以良好接触，进而降低刺槐豆胶水凝胶压阻传感器灵敏度。
本发明的压阻传感器压阻材料中刺槐豆胶水凝胶既可以为一块，也可以为多块，使得压阻材料与第一电极和第二电极接触面的粗糙度为30～60μm即可。
优选地，所述压阻材料与电极之间的接触面的粗糙度Ra为43～51μm。
优选地，所述刺槐豆胶水凝胶至少包括与第一电极叠设的第一刺槐豆胶水凝胶，及与第二电极叠设的第二刺槐豆胶水凝胶，且第一刺槐豆胶水凝胶和第二刺槐豆胶水凝胶叠设。
更为优选地，所述刺槐豆胶水凝胶包括与第一电极叠设的第一刺槐豆胶水凝胶，及与第二电极叠设的第二刺槐豆胶水凝胶；所述第一刺槐豆胶水凝胶和第二刺槐豆胶水凝胶的一侧均为粗糙面，另一侧均为平整面，平整面的粗糙度为0～30μm；粗糙面的粗糙度为30～60μm。
进一步优选地，所述第一刺槐豆胶水凝胶和第二刺槐豆胶水凝胶平整面的粗糙度为9～12μm。
优选地，所述压阻材料的厚度为0.3～0.5cm。
上述压阻传感器的制备方法，包括以下步骤：
将第一电极、压阻材料和第二电极层层组装，即得所述压阻传感器；
所述压阻材料为刺槐豆胶水凝胶；所述第一电极、第二电极均为碳布电极。
优选地，所述压阻材料通过如下过程制备得到：
S1：将水溶性高分子、导电剂、水混合均匀，加入刺槐豆胶得到混合溶液；将混合溶液置于平整容器中，冷冻，得到具有粗糙面和平整面的第一刺槐豆胶水凝胶；
S2：将水溶性高分子、导电剂、水混合均匀，加入刺槐豆胶得到混合溶液；将混合溶液置于平整容器中，冷冻，得到具有粗糙面和平整面的第二刺槐豆胶水凝胶；
S3：将第一刺槐豆胶水凝胶与第二刺槐豆胶水凝胶的平整面相贴合，即得所述压阻材料；
S1中所述平整容器与混合溶液接触的某一面(例如侧壁或底面，即形成水凝胶平整面的接触面)的粗糙度独立地为0～30μm。
S2中所述平整容器与混合溶液接触的某一面(例如侧壁或底面，即形成水凝胶平整面的接触面)的粗糙度独立地为0～30μm。
优选地，S1中所述平整容器与混合溶液接触的某一面(例如侧壁或底面，即形成水凝胶平整面的接触面)的粗糙度为9～12μm。
优选地，S2中所述平整容器与混合溶液接触的某一面(例如侧壁或底面，即形成水凝胶平整面的接触面)的粗糙度为9～12μm。
优选地，S1中所述刺槐豆胶与水溶性高分子的质量比独立地为1:(2～8)。
S1中所述刺槐豆胶与导电剂的质量比独立地为1:(0.15～0.3)。
S1中所述刺槐豆胶与水的质量比独立地为1:(20～45)。
优选地，S2中所述刺槐豆胶与水溶性高分子的质量比独立地为1:(2～8)。
S2中所述刺槐豆胶与导电剂的质量比独立地为1:(0.15～0.3)。
S2中所述刺槐豆胶与水的质量比独立地为1:(20～45)。
本领域常规的水溶性高分子、导电剂均可用于本发明中。
优选地，S1中所述水溶性高分子独立地选自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、壳聚糖、羧甲基纤维素盐、羧甲基纤维素、海藻酸盐、甲基纤维素中的一种或几种。
S1中所述导电剂独立地选自碳纳米管、导电碳黑颗粒、乙炔黑、碳纤维、导电石墨片、石墨烯中的一种或几种。
优选地，S2中所述水溶性高分子独立地选自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、壳聚糖、羧甲基纤维素盐、羧甲基纤维素、海藻酸盐、甲基纤维素中的一种或几种。
S2中所述导电剂独立地选自碳纳米管、导电碳黑颗粒、乙炔黑、碳纤维、导电石墨片、石墨烯中的一种或几种。
优选地，S1中所述混合均匀的过程为：将水溶性高分子、导电剂、水溶解并混合均匀，温度独立地为90～100℃。
优选地，S2中所述混合均匀的过程为：将水溶性高分子、导电剂、水溶解并混合均匀，温度独立地为90～100℃。
优选地，S1中所述冷冻温度独立地为-20～-30℃，时间独立地为12～18h。
优选地，S2中所述冷冻温度独立地为-20～-30℃，时间独立地为12～18h。
上述基于刺槐豆胶水凝胶的压阻传感器在制备柔性压阻传感器中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：
本发明通过将上下表面粗糙的刺槐豆胶水凝胶作为压阻材料，与碳布电极组成电极、压阻材料、电极的三明治结构，增大了刺槐豆胶水凝胶与碳布电极之间的接触位点，从而大幅提高了传感器的灵敏度。本发明基于刺槐豆胶水凝胶的压阻传感器制备简单，其中基于天然聚合物的压阻材料具有电子电导性，弹性良好，压阻传感器灵敏度高，在0-10KPa内的灵敏度可达20.5KPa-1。
附图说明
图1为刺槐豆胶水凝胶的上表面扫描电镜图。
图2为刺槐豆胶水凝胶的下表面扫描电镜图。
图3为实施例4压阻传感器的结构示意图。
图4为刺槐豆胶水凝胶的弹性测试图，(a)为压缩前水凝胶照片；(b)为水凝胶受到压缩时照片；(c)为压力撤回后水凝胶恢复后照片。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例中的原料均可通过市售得到；除非特别说明，本发明所采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
灵敏度(S)是评价传感器性能的重要参数之一，本发明均以以下测试方法对实施例与对比例所得压阻传感器进行灵敏度测试，具体过程为：在传感器两端施加电流电压，用安培计来测试器件的电性能，记录对压阻传感器施加的不同压力与电流随时间的变化量，并通过下式计算压阻传感器的灵敏度：
Figure BDA0003684775970000051
式中，ΔP为施加的不同压力的变化量，I0为没有压力时的电流值，ΔI/I0为电流变化率。
实施例1
一种压阻材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.将4g聚乙烯醇、0.3g碳纳米管、40g水混合，100℃加热至聚乙烯醇完全溶解，将1g刺槐豆胶加入上述溶液，并搅拌直至刺槐豆胶完全溶解；将得到的溶液倒入培养皿中，放入-20℃环境中冷冻12小时，即得第一刺槐豆胶水凝胶。
S2.将S1得到的水凝胶从培养皿1中剥离，所得水凝胶一面平整，一面粗糙，其平整面粗糙度为9.2μm，其粗糙面粗糙度为45.6μm。
再根据同样的制备方法制备第二刺槐豆胶水凝胶，所得水凝胶平整面粗糙度为10.3μm，其粗糙面粗糙度为50.2μm。
实施例2
一种压阻材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.将4g聚乙烯醇、0.3g碳纳米管、40g水混合，100℃加热至聚乙烯醇完全溶解，将1g刺槐豆胶加入上述溶液，并搅拌直至刺槐豆胶完全溶解；将得到的溶液倒入培养皿中，放入-20℃环境中冷冻12小时，即得第一刺槐豆胶水凝胶。
S2.将S1得到的水凝胶从培养皿中剥离，所得水凝胶一面平整，一面粗糙，其平整面粗糙度为10.5μm，其粗糙面粗糙度为49.5μm。
再根据同样的制备方法制备第二刺槐豆胶水凝胶，所得水凝胶平整面粗糙度9.8μm，其粗糙面粗糙度为43.2μm。
实施例3
一种基于刺槐豆胶水凝胶的压阻传感器的制备方法，包括以下步骤：
S1.将第一碳布电极、实施例1中所得第一刺槐豆胶水凝胶和第二刺槐豆胶水凝胶的平整面相粘合，组成一个上下表面都粗糙压阻材料和第二碳布电极层层组装，即得刺槐豆胶水凝胶压阻传感器。
所得传感器在0-10KPa内的灵敏度为20.5KPa-1。
实施例4
一种基于刺槐豆胶水凝胶的压阻传感器的制备方法，包括以下步骤：
S1.将第一碳布电极、实施例2中所得第一刺槐豆胶水凝胶和第二刺槐豆胶水凝胶的平整面相粘合，组成一个上下表面都粗糙压阻材料和第二碳布电极层层组装，即得刺槐豆胶水凝胶压阻传感器。
所得传感器在0-10KPa内的灵敏度为19.8KPa-1。
对比例1
一种刺槐豆胶水凝胶压阻传感器的制备方法，包括以下步骤：
S1.将第一碳布电极、实施例1中所得第一刺槐豆胶水凝胶为压阻材料和第二碳布电极层层组装，即得刺槐豆胶水凝胶压阻传感器。
所得传感器在0-10KPa内的灵敏度为1.45KPa-1。
对比例2
一种刺槐豆胶水凝胶的压阻传感器的制备方法，包括以下步骤：
S1.将第一铜箔电极、实施例1中所得第一刺槐豆胶水凝胶和第二刺槐豆胶水凝胶的平整面相粘合，组成一个上下表面都粗糙压阻材料和第二铜箔电极层层组装，即得刺槐豆胶水凝胶压阻传感器。
所得传感器在0-10KPa内的灵敏度为0.55KPa-1。
对比例3
一种刺槐豆胶水凝胶的压阻传感器的制备方法，包括以下步骤：
S1.将第一碳布电极、实施例1中所得第一刺槐豆胶水凝胶和第二刺槐豆胶水凝胶的粗糙面相粘合，组成一个上下表面都平整的压阻材料和第二碳布电极层层组装，即得刺槐豆胶水凝胶压阻传感器。
所得传感器在0-10KPa内的灵敏度为0.022KPa-1。
图1为实施例1第一刺槐豆胶水凝胶的上表面扫描电镜图，图2为下表面扫描电镜图，对比可以看到本发明制备的刺槐豆胶水凝胶上表面较为粗糙(粗糙度为45.6μm)，而与培养皿表面接触的下表面较为平整(粗糙度为9.2μm)，而粗糙面的比表面积远大于平整面，有利于与碳布电极接触。
图3为本申请实施例3基于刺槐豆胶水凝胶的压阻传感器的结构示意图，1和4为碳布电极，2和3为刺槐豆胶水凝胶，将两片水凝胶的平整面相粘合，组成一个上下表面都粗糙的压阻材料，并通过采用表面粗糙度较高的碳布作为传感器电极，大幅度提高了水凝胶表面与导电电极之间接触位点变化所引起的接触电阻值变化，大大提高了压阻传感器的灵敏度。
图4为实施例1中所得第一刺槐豆胶水凝胶的弹性测试图，(a)为压缩前水凝胶照片；(b)为水凝胶受到压缩时照片；(c)为压力撤回后水凝胶恢复后照片，由图可知该水凝胶具有良好的弹性。
由实施例1～4可知，本申请通过选用碳布为电极与具有特定粗糙度的刺槐豆胶水凝胶为压阻材料组装压阻传感器，电极与压阻材料组成电极、压阻材料、电极的三明治结构，大幅度提高了水凝胶表面与导电电极之间接触位点变化所引起的接触电阻值变化，从而大幅提高了传感器的灵敏度。实施例3制备的压阻传感器在0-10KPa内的灵敏度为20.5KPa-1，实施例4制备的压阻传感器在0-10KPa内的灵敏度为19.8KPa-1。
而与各实施例相比，对比例1中仅使用实施例1所制备的第一刺槐豆胶水凝胶为压阻材料，以碳布为电极，组装三明治结构的刺槐豆胶水凝胶压阻传感器，由于平整面的粗糙度未达到30～60μm，减少了水凝胶表面与导电电极之间的接触位点，施加压力的时候传感器电流变化不大，进而使得所得传感器在0-10KPa内的灵敏度仅为1.45KPa-1；对比例2将碳布电极替换为铜箔电极，同样减少了水凝胶表面与导电电极之间的接触位点，所得传感器在0-10KPa内的灵敏度仅为0.55KPa-1；对比例3将实施例1所制备的第一刺槐豆胶水凝胶与第二刺槐豆胶水凝胶的粗糙面相粘合，组成一个上下表面都平整的水凝胶为压阻材料，以碳布为电极，组装压阻传感器，大大减少了水凝胶表面与导电电极之间的接触位点，所得传感器在0-10KPa内的灵敏度仅为0.022KPa-1。
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 (10)

1.一种基于刺槐豆胶水凝胶的压阻传感器，其特征在于，包括依次叠设的电第一电极、压阻材料和第二电极；
所述压阻材料为刺槐豆胶水凝胶；所述第一电极、第二电极均为碳布电极；
所述压阻材料与电极之间的接触面的粗糙度Ra为30～60μm。
2.根据权利要求1所述压阻传感器，其特征在于，所述压阻材料与电极之间的接触面的粗糙度Ra为43～51μm。
3.根据权利要求1所述压阻传感器，其特征在于，所述刺槐豆胶水凝胶至少包括与第一电极叠设的第一刺槐豆胶水凝胶，及与第二电极叠设的第二刺槐豆胶水凝胶，且第一刺槐豆胶水凝胶和第二刺槐豆胶水凝胶叠设。
4.根据权利要求1所述压阻传感器，其特征在于，所述压阻材料的厚度为0.3～0.5cm。
5.权利要求1～4任一所述压阻传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将第一电极、压阻材料和第二电极层层组装，即得所述压阻传感器。
6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，所述压阻材料通过如下过程制备得到：
S1：将水溶性高分子、导电剂、水混合均匀，加入刺槐豆胶得到混合溶液；将混合溶液置于平整容器中，冷冻，得到具有粗糙面和平整面的第一刺槐豆胶水凝胶，备用；
S2：将水溶性高分子、导电剂、水混合均匀，加入刺槐豆胶得到混合溶液；将混合溶液置于平整容器中，冷冻，得到具有粗糙面和平整面的第二刺槐豆胶水凝胶，备用；
S3：将第一刺槐豆胶水凝胶与第二刺槐豆胶水凝胶的平整面相贴合，即得所述压阻材料；
S1、S2中所述平整容器与混合溶液接触的某一面的粗糙度独立地为0～30μm。
7.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，S1、S2中所述刺槐豆胶与水溶性高分子的质量比独立地为1:(2～8)；S1、S2中所述刺槐豆胶与导电剂的质量比独立地为1:(0.15～0.3)；S1、S2中所述刺槐豆胶与水的质量比独立地为1:(20～45)。
8.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，S1、S2中所述混合均匀的
过程为：将水溶性高分子、导电剂、水溶解并混合均匀，温度独立地为90～100℃。
9.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，S1、S2中所述冷冻温度独立地为-20～-30℃，时间独立地为12～18h。
10.权利要求1～4任意所述压阻传感器在制备柔性压阻传感器中的应用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115678188A (zh) * 2022-10-27 2023-02-03 中山大学 一种黄原胶水凝胶及其制备方法和应用
CN115819829A (zh) * 2022-11-29 2023-03-21 中山大学 一种多孔刺槐豆胶水凝胶与其压阻传感器及其制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115678188A (zh) * 2022-10-27 2023-02-03 中山大学 一种黄原胶水凝胶及其制备方法和应用
CN115678188B (zh) * 2022-10-27 2023-12-12 中山大学 一种黄原胶水凝胶及其制备方法和应用
CN115819829A (zh) * 2022-11-29 2023-03-21 中山大学 一种多孔刺槐豆胶水凝胶与其压阻传感器及其制备方法
CN115819829B (zh) * 2022-11-29 2023-11-10 中山大学 一种多孔刺槐豆胶水凝胶与其压阻传感器及其制备方法

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