基于离子导电水凝胶的柔性传感器研究

摘要

复合导电水凝胶因良好的黏附力和机械柔韧性成为柔性传感器领域研究的热点。为了提高导电水凝胶的电导性，在聚丙烯酰胺水凝胶中加入导电离子Li⁺和Cl^-，利用扫描电镜对材料内部进行表征，使用电导率表征了水凝胶的导电性能。探究了导电离子的加入对电导性能的影响，优化交联剂添加量，以取得最好的黏附力和机械柔韧性，并设计水凝胶传感器应用于监测人体手指关节、腕部背部等的动作。测试结果表明，水凝胶的电导率随着离子含量的提高而增大，当LiCl添加量为15 mmol时，最大电导率为5.34 S·m^-1，水凝胶中交联剂的量控制在3～6 mg，取得了良好的黏附力和机械柔韧性。人体机械动作和莫尔斯电码的传感监测结果表明，本传感器能够稳定、准确、快速捕捉机械信号，并将其转化为相应的电信号，且对于相同行为的输出电信号具有重复性。该传感器在人体信号的监测、传递和转化上具有良好的应用发展前景。

关键词

水凝胶 / 柔性传感器 / 丙烯酰胺 / 导电性