CN115993086A - 基于pedot:pss的柔性应变传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器及其制备方法，其包括线型高导电内芯和包覆于线型高导电内芯表面的低导电外层；低导电外层由经聚乙烯醇、甲醛和甘油力学改性的PEDOT:PSS制备而成；线型高导电内芯由经山梨醇、苹果酸、氯化钠和纳米银粉末电学改性的PEDOT:PSS制备而成。本发明制备的柔性应变传感器具有超灵敏、高一致性、高稳定性和高可拉伸等特性，用于人体可穿戴领域，具有良好的实用性。

Description

基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器及其制备方法

技术领域

本发明属于传感器领域，具体涉及一种基于PEDOT:PSS的超灵敏柔性应变传感器及其制备方法。

背景技术

柔性应变传感器是可穿戴应用领域的研究热点。近年来，人们对高灵敏度柔性应变传感器研究做出了很多工作：

Song等(Chen Song, et al. Ultrasensitive cracking-assisted strainsensors based on silver nanowires/graphene hybrid particles. ACS AppliedMaterials & Interfaces，2016，25563–25570)通过沉淀、真空过滤和锻造工艺，开发了基于银纳米线/石墨烯颗粒的柔性应变传感器，该传感器经过预拉伸产生了裂纹结构，能够在0.8%-1%的应变下产生高达4000的高应变系数。但是由于该传感器的裂纹结构是经过预拉伸随机产生的，并不能控制裂纹的数量和出现位置，因此传感器的稳定性和重复性不能够得到保证。

韩志武等(韩志武，等，基于规则微米裂纹阵列结构柔性应变传感器及其制备方法，ZL201810221724.7，2019)利用聚苯乙烯材料受应力易开裂的特性，选择其作为裂纹阵列的发生前体，再选择PDMS作为承载体，将聚苯乙烯表面的裂纹结构过渡到PDMS上，进一步在反结构PDMS上涂覆金属导电层。这个方法可以制备出放射状直线微米级规则裂纹阵列，但由于在初期并不能对聚苯乙烯产生的裂纹数量以及间距和深度进行控制，从本质上来说对制得的传感器性能也是不可控的。

刘平(刘平，一种具有规则裂纹结构的柔性应变传感器及其制作方法，ZL201911136167.X，2020)通过基于印刷后再切割或者直接印刷的方法，提出了一种具有规则裂纹结构的柔性应变传感器及其制作方法，该方法旨在解决现有柔性应变传感器一致性差、可靠性差、重复性低、灵敏度低、响应时间慢以及恢复时间过长等问题，同时解决柔性应变传感器难以实现低成本和大规模生产的问题。但该方法仅适用于片型传感器，对于传感器的形状有限制性要求，不能和织物进行良好的缝合。此外，所制备得到的传感器需要进一步封装。

Peng等(Xuwen Peng, et al. Stretchable, compressible, and conductivehydrogel for sensitive wearable soft sensors，Journal of Colloid and InterfaceScience，2022，618：111-120)通过将导电聚合物PEDOT:PSS并入机械坚固的聚乙烯醇/丙烯酸双网水凝胶中，制备了多功能导电水凝胶应变传感器，该传感器可以通过简单地调整聚合物组成和冻融循环次数来跨越广泛的机械性能范围。但是传感器缺乏高灵敏的结构设计，导致传感器灵敏系数较低。

Sun等(Fuchang Sun. et al，Highly transparent, adhesive, stretchableand conductive PEDOT:PSS/polyacrylamide hydrogels for flexible strainsensors，Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects，2021，625：126897)通过半互穿网络策略开发了粘合、可拉伸和坚韧的PEDOT:PSS/聚丙烯酰胺水凝胶，在甲基丙烯酸的作用下，水凝胶的自粘合性、拉伸性能得到了改善。但是该传感器结构设计简单，只适用于测量较大应变，且信号的稳定性得不到保障。

He等(Xinyang He, et al，PEDOT:PSS/CNT composites based ultra-stretchable thermoelectrics and their application as strain sensors，Composites Communications，2021，27：100822）通过真空过滤法和热压在电纺PU/PCL纳米纤维膜上制备PEDOT:PSS/CNT复合膜。该传感器具有良好的拉伸性能，但直接将PEDOT:PSS/CNT层过滤到拉伸基底上，所制备传感器的的灵敏度较低。

Ren等(Xiaoning Ren, et al. Highly conductive PPy-PEDOT:PSS hybridhydrogel with superior biocompatibility for bioelectronics application，ACSApplied Materials & Interfaces，2021，13(21):25374-25382)通过溶液混合方法制备了高导电PPy-PEDOT:PSS混合水凝胶。PPy和PEDOT：PSS之间相交联形成的水凝胶网络使得混合水凝胶具有867S/m的导电率，但由于PPy和PEDOT：PSS力学性能较差且没有得到改性，所制备的传感器不具备良好的拉伸性能。

Shi等（Yanbin Shi, et al, Solution-based synthesis of PEDOT:PSS filmswith electrical conductivity over 6300 S/cm, Journal of Industrial andEngineering Chemistry, 2021, 101:414-422）报道了一种基于两步H₂SO₄处理的PEDOT:PSS膜的制备方法，由于H₂SO₄处理期间去除了不导电的PSS，使得PEDOT:PSS膜的电导率高达6323.9S/cm，但所制备的薄膜抗弯曲性差，在900次弯曲循环后电阻变化明显，此外H₂SO₄为对人体有害的强酸，用经其改性后PEDOT:PSS制作的传感器难以在可穿戴领域受到广泛应用。

综上所示，制备一个兼备良好拉伸性、稳定性和高灵敏度的柔性应变传感器目前仍具有较大挑战。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于PEDOT:PSS的超灵敏柔性应变传感器及制备方法，通过对PEDOT:PSS分别进行电学改性和力学改性，制备出具有良好电学性能和机械性能的PEDOT:PSS薄膜，同时在传感器高导电内芯表面设计类似蚯蚓表皮的仿生环节结构，控制传感器应力的分布、产生可控的裂纹。本发明制备出的超灵敏柔性应变传感器可广泛应用于可穿戴电子领域。

为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

本发明首先公开了基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器，其包括线型高导电内芯和包覆于所述线型高导电内芯表面的低导电外层；所述低导电外层由经聚乙烯醇、甲醛和甘油力学改性的PEDOT:PSS制备而成；所述线型高导电内芯由经山梨醇、苹果酸、氯化钠和纳米银粉末电学改性的PEDOT:PSS制备而成。

进一步地，所述低导电外层的电导率不高于10S/cm，所述线型高导电内芯的电导率不低于3000S/cm。传感器的灵敏度被定义为产生单位拉伸应变后，传感器电阻变化量与初始电阻的比值，那么内外导电层之间电导率不同，对整个传感器的器件的传感性能也不同。内芯的高电导率使得传感器的初始电阻足够小，外层的低电导率使得传感器拉伸产生裂纹后能够产生足够大的电阻变化，以使得传感器具有高灵敏的特性。按照上述内外层电导率制备的传感器可以使传感器灵敏度达到2000以上。

进一步地，基于力学改性的PEDOT:PSS的薄膜的断裂伸长率不低于50%，基于电学改性的PEDOT:PSS的薄膜的断裂伸长率不大于2%。当内外层的断裂伸长率不同时，在拉伸状态下，由于外层力学性能优于内芯，因此在拉伸状态下，传感器高导电内芯的形变会先达到断裂伸长率而产生裂纹。

进一步地，所述线型高导电内芯具有仿蚯蚓表皮的环节结构。借助此结构可以使传感器在产生应变拉伸时控制表面应力的分布，使应力集中在环节交界处，从而产生可控的裂纹，同时，可进一步从结构层面增大传感器的拉伸性。作为优选，所述环节结构的内圆柱直径为500μm~1mm，环节数为50~200个，各环节宽度为400~800μm，环节突出内圆柱的高度为100~400μm。

进一步地，所述低导电外层呈圆柱状，所述线型高导电内芯包覆于圆柱内。作为优选，所述低导电外层的外径为1~1.5mm。

本发明所述的基于PEDOT:PSS的柔性应变传感的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、制备低导电外层的混合溶液

称取2~4克聚乙烯醇固体颗粒加入到20~30毫升去离子水中，在室温下浸泡2~5小时，然后在90~110℃条件下以500转/分钟的转速磁力搅拌1.5~2小时使其部分水解，再在120~140℃条件下以250转/分钟的转速磁力搅拌0.5~1小时使其完全水解，得到粘稠的聚乙烯醇水溶液。

将所述聚乙烯醇水溶液2~2.5克、苹果酸1.5~2克、甘油1~2毫升、固含量为1.5%的PEDOT:PSS水溶液1~1.5克和去离子水2~4克混合后，在室温下超声分散2~3小时，然后以250~300转/分钟的转速磁力搅拌30~60分钟使混合溶液无沉淀可见，加入0.05~0.1毫升消泡剂，然后滴入2~6微升甲醛，随后在室温下以250~300转/分钟的转速磁力搅拌20~40分钟使混合溶液出现轻微粘稠状并可拉丝，即得到用于制作低导电外层的混合溶液。

步骤2、制备线型高导电内芯

取10~30毫升固含量为1.5%的PEDOT:PSS水溶液，并加入占所述PEDOT:PSS水溶液质量的5%~10%的山梨醇粉末，在400~600转/分钟的转速搅拌下100~120℃退火1~2小时，再在100~150℃水浴中加热2~4小时，然后加入0.1~0.5克NaCl颗粒、0.5~1克苹果酸和2~4克纳米银粉末，以300~500转/分钟的转速搅拌至体系呈泥浆状，即得到用于制作线型高导电内芯的混合浆料。

采用浇铸工艺结合模具成型的方式，将所述用于制作线型高导电内芯的混合浆料浇注入具有仿蚯蚓表皮环节结构的模具内，且在模具左右两端嵌入导电电极并引出，然后在40~60℃下固化24~36小时，取出，得到具有仿蚯蚓表皮的环节结构的线型高导电内芯。

步骤3、传感器制备

用去离子水对经过步骤2获得的线型高导电内芯冲洗5~10秒以去除PSS短链，再放入50~80℃烤箱中干燥0.5~1小时，取出后进行氧等离子表面处理0.5~1小时以增加表面亲水性；

在制作低导电外层所用模具的两侧将处理后的线型高导电内芯拉直并悬空定位于模具的中心轴处，将步骤1获得的低导电外层的混合溶液浇铸入模具，包裹住线型高导电内芯，然后将模具放入真空度为100~200Pa的真空泵中静置15~30分钟以除去气泡，再在40~60℃烘箱中放置24~36小时；取出器件并在15~30%应变下反复拉伸10~50次，使线型高导电内芯在环节交界处产生规则裂纹，即获得基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器。

进一步地，用于制备所述高导电内芯的电学改性的PEDOT:PSS的电导率可根据需求通过在所限定范围内调节山梨醇、苹果酸、氯化钠和纳米银粉末的用量进行调节。

进一步地，用于制备所述低导电外层的力学改性的PEDOT:PSS的电导率和拉伸性可根据需求通过在所限定范围内调节聚乙烯醇、甘油和甲醛的用量以及交联时间进行调节。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明提出的柔性应变传感器，完全基于应变效应的工作原理可以有效提升柔性应变传感器的机械性能和结构稳定性，从而提升柔性应变传感器的重复性。

2、本发明提出的柔性应变传感器，其线性结构有利于和织物进行缝合，同时低导电外层将高导电内芯进行有效包裹，传感器无需再用绝缘材料进行外部封装，提升了传感器的使用范围及生产效能。

3、本发明提出的柔性应变传感器，采用具有仿蚯蚓表皮环节结构的高导电内芯和低导电外层粘接构成柔性应变传感器的力学敏感层，从而提升柔性应变传感器的力学灵敏度和工作应变范围。

4、本发明提出的柔性应变传感器，其应变层设计有仿蚯蚓表皮的环节结构，该结构使传感器在预拉伸应变下产生周期性的应力集中分布，避免传感器裂纹随机产生，从而获得传感器在制作过程中的高一致性以及使用过程中的高稳定性。

5、本发明提出的柔性应变传感器具有极高的灵敏度，且灵敏度的调节方法灵活多变，既可以通过改变仿蚯蚓表皮环节结构的环节数、环节宽度、环节突出高度等实现灵敏度调节，还可以通过改变高导电内芯和低导电外层的电导率实现灵敏度调节。

6、本发明在PEDOT:PSS溶液中加入聚乙烯醇溶液并混合均匀，使得聚乙烯醇的聚合物链和导电聚合物PEDOT:PSS的聚合物链之间形成互穿网络；利用聚乙烯醇与甲醛之间的缩醛反应使混合溶液产生聚乙烯醇交联网络；向聚乙烯醇和PEDOT:PSS互穿网络中添加甘油，甘油的大量羟基不仅可与聚乙烯醇高分子链通过氢键连接加固了聚乙烯醇交联网络，同时还可加强聚乙烯醇链和PEDOT链之间的氢键作用，使得混合网络的力学性能得以加强。

7、本发明在PEDOT:PSS溶液中加入山梨醇，山梨醇的羟基与PSS分子链之间形成氢键，从而降低了PSS和PEDOT之间的静电相互作用，使得PSS与PEDOT之间加速发生相分离，提升PEDOT:PSS的电导率；山梨醇促使PEDOT主链架构从苯式结构转变为醌式结构，降低了载流子传输的壁垒，再次提升PEDOT:PSS的电导率。此外，苹果酸中的阳离子H⁺可以与PEDOT:PSS中的阴离子PSS^—结合为PSSH，利于绝缘的PSS脱离PEDOT而暴露出PEDOT，增加PEDOT:PSS的电导率；NaCl的加入等于向PEDOT：PSS中注入离子，增加载流子数量，提升导电性能；纳米银粉末的加入显著提升PEDOT：PSS混合浆料的电导率。

附图说明

图1为本发明基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器的外观结构示意图。

图2为本发明基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器的高导电内芯的表面仿生环节结构示意图。

图3为本发明基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器的横截面结构示意图。

图4为本发明制作高导电内芯所使用的模具的具体尺寸标示图。

图5为本发明制作低导电外层的操作示意图。

图6为本发明PEDOT:PSS导电聚合物薄膜经山梨醇电学改性的原理示意图，图7为本发明PEDOT:PSS导电聚合物薄膜经聚乙烯醇和甲醛力学改性的原理示意图，图中标号：1为PSS链，2为PEDOT链，3为山梨醇，4为聚乙烯醇高分子聚合链条，5为甲醛，6为氢键。

图8为本发明基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器的高导电内芯仿生结构拉伸应力分布示意图。

图9为本发明基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器在拉伸状态下高导电内芯裂纹电镜图片。

图10为本发明基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器的传感机制以及局部导电路径示意图。

图11为本发明基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器的应力应变特性曲线。

图12为本发明基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器的应变-电阻特性曲线。

图13为本发明基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器在不同应变下的循环拉伸-电阻特性曲线。

图14为本发明基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器的阶梯应变-电阻特性曲线。

图15为本发明基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器的电学稳定性曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，下述实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

下述实施例所用聚乙烯醇购买自上海麦克林生化科技有限公司（1797型，醇解度：96.0~98.0%（mol/mol））。

下述实施例所用甲醛购买自上海麦克林生化科技有限公司（AR，37wt% in H₂O）。

下述实施例所用的甘油购买自上海麦克林生化科技有限公司（AR，99%）。

下述实施例所用的NaCl购买自上海麦克林生化科技有限公司（AR，99.5%）。

下述实施例所用的纳米银粉末购买自博华斯纳米科技有限公司（平均粒径100nm，纯度＞99.9%）。

下述实施例所用的D-苹果酸购买自上海麦克林生化科技有限公司（AR，纯度99%）。

下述实施例所使用PEDOT:PSS水溶液购买自上海欧依有机光电材料有限公司（固含量1.5%）。

下述实施例所使用D-山梨醇购买自上海麦克林生化科技有限公司（AR，纯度98%）。

实施例1

如图1~图3所示，本实施例提供的基于PEDOT:PSS的超灵敏柔性应变传感器，包括线型高导电内芯和包覆于线型高导电内芯表面的低导电外层。其中，低导电外层由经聚乙烯醇、甲醛和甘油力学改性的PEDOT:PSS制备而成，线型高导电内芯由经山梨醇、苹果酸、氯化钠和纳米银粉末电学改性的PEDOT:PSS制备而成。

线型高导电内芯具有仿蚯蚓表皮的环节结构，利用该结构可以使得传感器稳定性好、灵敏度高，且在结构层面进一步提升拉伸性能。具体的，环节结构的内圆柱直径为1mm，环节数为100个，各环节宽度为600μm，环节突出内圆柱的高度为200μm。

低导电外层呈圆柱状，线型高导电内芯包覆于圆柱内。具体的，低导电外层的外径为1.3mm。

本实施例的应变传感器按如下步骤制得：

步骤1、制备低导电外层的混合溶液

称取2克聚乙烯醇固体颗粒加入到25毫升去离子水中，在室温下浸泡2小时，然后在110℃条件下以500转/分钟的转速磁力搅拌2小时使其部分水解，再在130℃条件下以250转/分钟的转速磁力搅拌1小时使其完全水解，得到粘稠的聚乙烯醇水溶液。

将聚乙烯醇水溶液2.5克、苹果酸1.5克、甘油1毫升、固含量为1.5%的PEDOT:PSS水溶液1克和去离子水2.5克混合后，在室温下超声分散2小时，然后以250转/分钟的转速磁力搅拌60分钟使混合溶液无沉淀可见，加入0.05毫升消泡剂，然后滴入2微升甲醛，随后在室温下以250转/分钟的转速磁力搅拌25分钟使混合溶液出现轻微粘稠状并可拉丝，即得到用于制作低导电外层的混合溶液。

步骤2、制备线型高导电内芯

取20毫升固含量为1.5%的PEDOT:PSS水溶液，并加入占PEDOT:PSS水溶液质量的8%的山梨醇粉末，在500转/分钟的转速搅拌下110℃退火1小时，再在120℃水浴中加热2小时，然后加入0.4克NaCl颗粒、1克苹果酸和3克纳米银粉末，以400转/分钟的转速搅拌至体系呈泥浆状，即得到用于制作线型高导电内芯的混合浆料。

采用浇铸工艺结合模具成型的方式，将用于制作线型高导电内芯的混合浆料浇注入具有仿蚯蚓表皮环节结构的模具内（如图4所示），且在模具左右两端嵌入导电电极并引出，然后在50℃下固化36小时，取出，得到具有仿蚯蚓表皮的环节结构的线型高导电内芯。

步骤3、传感器制备

用去离子水对经过步骤2获得的线型高导电内芯冲洗5秒以去除PSS短链，再放入60℃烤箱中干燥0.5小时，取出后进行氧等离子表面处理0.5小时以增加表面亲水性。

如图5所示，在制作低导电外层所用模具的两侧将处理后的线型高导电内芯拉直并悬空定位于模具的中心轴处，将步骤1获得的低导电外层的混合溶液浇铸入模具，包裹住线型高导电内芯，然后将模具放入真空度为200Pa的真空泵中静置20分钟以除去气泡，再在60℃烘箱中放置36小时；取出器件并在20%应变下反复拉伸20次，使线型高导电内芯在环节交界处产生规则裂纹，即获得基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器。

如图6所示，山梨醇对PEDOT:PSS进行电学改性的机理进行示意：PEDOT:PSS的分子结构可近似比做核壳式结构，导电的PEDOT链2被绝缘的PSS链1所包裹着，大大增加了载流子传输的壁垒，从而降低了PEDOT:PSS的电导率。而山梨醇3含有大量羟基，可以与PEDOT:PSS中的PSS分子链之间存在氢键，从而降低了改性后PSS链1和改性后PEDOT链2之间的静电相互作用，使得部分绝缘PSS链与PEDOT短链发生相分离，PEDOT得以暴露出来。此外，山梨醇可促使PEDOT主链结构从苯式结构变为醌式结构。醌式结构的PEDOT分子链呈现直链状，降低了载流子的传输壁垒，这利于载流子的传输，从而提升了PEDOT:PSS的电导率。

如图7所示，聚乙烯醇和甲醛对PEDOT:PSS进行力学改性的机理进行示意：由于PEDOT:PSS薄膜不具有良好的拉伸性能，因此在PEDOT:PSS聚合物链中混入聚乙烯醇高分子聚合链条4，在交联剂甲醛5的作用下发生缩醛反应，使得聚乙烯醇高分子聚合物链条之间发生交联反应，甲醛5分别与两条聚乙烯醇链之间发生共价交联反应，此外由于PSS链与聚乙烯醇高分子链表面的羟基存在大量氢键6，因此两种链之间相互缠绕形成半互穿网络。由此，PEDOT:PSS的力学性能得到良好的提升。

图8为基于PEDOT:PSS的超灵敏柔性应变传感器的高导电内芯仿生结构在拉伸状态下产生可控的规则分布裂纹的示意图，从中可以看出：初始状态的高导电内芯无裂纹产生；当对传感器施加以纵向拉力时，高导电内芯所受的应力会因该环节结构而集中分布在两相邻环节的交界处，由此控制了高导电内芯裂纹的规则分布。

图9为传感器拉伸状态下高导电内芯在应力集中处产生的裂纹电镜图。可以看出拉伸时，在环节交界处有裂纹产生，其余部分无裂纹产生。因此可以证明该仿生结构确实可以使高导电内芯在拉伸时产生可控的裂纹，提升传感器的稳定性。

经测试，本实施例中：低导电外层的电导率为8S/cm，线型高导电内芯的电导率为3052S/cm。基于力学改性的PEDOT:PSS的薄膜（通过将材料涂覆成膜后测得）的断裂伸长率为120%，基于电学改性的PEDOT:PSS的薄膜（通过将材料涂覆成膜后测得）的断裂伸长率为2%。

图10为本实施例所制备应变传感器的传感机制以及局部导电路径示意图。可以看出，预拉伸前电子的主要传输路径为传感器的高导电内芯。基于仿生环节结构的应力集中效应，当传感器经过预拉伸之后，高导电内芯的环节交界处会产生裂纹，此时电子的传输路径为从高导电内芯到低导电外层，绕过裂纹后再回到高导电内芯，以此往复。相当于将若干低电阻的内芯和高电阻的外层相串联。因此当传感器受到应变时，裂纹间隙增大，导致传感器电阻增大，有效提高了传感器的传感性能。

图11为本实施例所制备的应变传感器进行应力应变测试的结果曲线，可以看出传感器的断裂伸长率可达到117%，这表示该传感器具有良好的可拉伸性，完全可以满足人体可穿戴领域的需求。

图12为本实施例所制备的应变传感器的应变电阻变化特性曲线，可以看出：在应变为0-5%范围内，传感器灵敏度系数GF约为515.7；当应变范围在5-10%时，灵敏度系数GF约为2388.8。

图13为本实施例制备的应变传感器循环加载和释放过程中的电阻变化特性曲线，以此展现传感器对于施加不同的应变的重复加载释放，电阻并没有发生大幅度偏移，说明传感器的不同应变下良好的稳定性。

图14是对本实施例制备的应变传感器进行阶梯测试，结果显示在2%-10%拉伸应变下，以2%应变为步长进行测试，传感器具有非常小的蠕变效应。

图15是对本实施例制备的应变传感器进行3000次周期性加载/卸载（应变范围0%-6%），测试传感器的电学稳定性和重复性，可以看出经过了3000次循环测试，传感器有稳定的电学特性，因此证明该传感器具有良好的一致性。

以上所述仅为本发明的示例性实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器，其特征在于：所述柔性应变传感器包括线型高导电内芯和包覆于所述线型高导电内芯表面的低导电外层；

所述低导电外层由经聚乙烯醇、甲醛和甘油力学改性的PEDOT:PSS制备而成；所述线型高导电内芯由经山梨醇、苹果酸、氯化钠和纳米银粉末电学改性的PEDOT:PSS制备而成。

2.根据权利要求1所述的基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器，其特征在于：所述低导电外层的电导率不高于10S/cm，所述线型高导电内芯的电导率不低于3000S/cm。

3.根据权利要求1所述的基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器，其特征在于：基于力学改性的PEDOT:PSS的薄膜的断裂伸长率不低于50%，基于电学改性的PEDOT:PSS的薄膜的断裂伸长率不大于2%。

4.根据权利要求1所述的基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器，其特征在于：所述线型高导电内芯具有仿蚯蚓表皮的环节结构。

5.根据权利要求4所述的基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器，其特征在于：所述环节结构的内圆柱直径为500μm~1mm，环节数为50~200个，各环节宽度为400~800μm，环节突出内圆柱的高度为100~400μm。

6.根据权利要求1所述的基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器，其特征在于：所述低导电外层呈圆柱状，所述线型高导电内芯包覆于圆柱内。

7.根据权利要求6所述的基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器，其特征在于：所述低导电外层的外径为1~1.5mm。

8.一种权利要求1~7中任意一项所述的基于PEDOT:PSS的柔性应变传感的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、制备低导电外层的混合溶液

称取2~4克聚乙烯醇固体颗粒加入到20~30毫升去离子水中，在室温下浸泡2~5小时，然后在90~110℃条件下以500转/分钟的转速磁力搅拌1.5~2小时使其部分水解，再在120~140℃条件下以250转/分钟的转速磁力搅拌0.5~1小时使其完全水解，得到粘稠的聚乙烯醇水溶液；

将所述聚乙烯醇水溶液2~2.5克、苹果酸1.5~2克、甘油1~2毫升、固含量为1.5%的PEDOT:PSS水溶液1~1.5克和去离子水2~4克混合后，在室温下超声分散2~3小时，然后以250~300转/分钟的转速磁力搅拌30~60分钟使混合溶液无沉淀可见，加入0.05~0.1毫升消泡剂，然后滴入2~6微升甲醛，随后在室温下以250~300转/分钟的转速磁力搅拌20~40分钟使混合溶液出现轻微粘稠状并可拉丝，即得到用于制作低导电外层的混合溶液；

步骤2、制备线型高导电内芯

取10~30毫升固含量为1.5%的PEDOT:PSS水溶液，并加入占所述PEDOT:PSS水溶液质量的5%~10%的山梨醇粉末，在400~600转/分钟的转速搅拌下100~120℃退火1~2小时，再在100~150℃水浴中加热2~4小时，然后加入0.1~0.5克NaCl颗粒、0.5~1克苹果酸和2~4克纳米银粉末，以300~500转/分钟的转速搅拌至体系呈泥浆状，即得到用于制作线型高导电内芯的混合浆料；

采用浇铸工艺结合模具成型的方式，将所述用于制作线型高导电内芯的混合浆料浇注入具有仿蚯蚓表皮环节结构的模具内，且在模具左右两端嵌入导电电极并引出，然后在40~60℃下固化24~36小时，取出，得到具有仿蚯蚓表皮的环节结构的线型高导电内芯；

步骤3、传感器制备

用去离子水对步骤2获得的线型高导电内芯冲洗5~10秒以去除PSS短链，再放入50~80℃烤箱中干燥0.5~1小时，取出后进行氧等离子表面处理0.5~1小时以增加表面亲水性；

在制作低导电外层所用模具的两侧将处理后的线型高导电内芯拉直并悬空定位于模具的中心轴处，将步骤1获得的低导电外层的混合溶液浇铸入模具，包裹住线型高导电内芯，然后将模具放入真空度为100~200Pa的真空泵中静置15~30分钟以除去气泡，再在40~60℃烘箱中放置24~36小时；取出器件并在15~30%应变下反复拉伸10~50次，使线型高导电内芯在环节交界处产生规则裂纹，即获得基于PEDOT:PSS的柔性应变传感器。

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