本發明涉及水凝膠，特別涉及一種明膠/聚乙烯醇(pva)基雙網絡結構水凝膠、柔性水凝膠電極、水凝膠-摩擦電(teng)傳感器及制備方法。

背景技術：

1、電子皮膚是一種仿照人類皮膚結構和功能設計的柔性電子傳感器系統。隨著柔性電子學、納米技術和材料科學的進步，傳感器、電子元件和晶體管等微型電子器件得以實現柔性化和可穿戴化。電子皮膚在智慧醫療、人機交互、虛擬現實和人工智能等領域展現出廣闊的應用前景。

2、目前，電子皮膚技術已取得顯著進展，在材料、制備工藝、傳感器設計和集成系統等方面均有重大突破。其傳感功能日益完善，能夠實時監測和感知溫度、濕度、壓力、拉伸和光線等多種外部環境參數。同時，電子皮膚具備快速響應和高靈敏度的特點，可與人體和機器人進行實時互動與通信。

3、然而，現有電子皮膚技術仍存在一些關鍵問題。大多數電子皮膚需要外部電源供應，并且需要多個設備之間的協調。除了傳感部分外，大多數組件為剛性結構，這不僅影響美觀度、舒適性和安全性，還不利于信號的采集。此外，制備成本較高、制造工藝復雜、生產規模小等因素限制了電子皮膚的大規模應用推廣。部分柔性電子皮膚的材料穩定性和耐久性有待提高，長時間使用后容易出現劣化和損壞，影響其可靠性和使用壽命。電子皮膚的傳感功能和集成系統仍有一定局限性，需要進一步改進和優化，以滿足不同應用場景的需求。對于與人體皮膚接觸的電子皮膚，其生物相容性和安全性尤為關鍵，需要加強相關研究和評估，以確保其對人體健康無害。因此，迫切需要開發和構建一種輕薄、柔軟、高透明度、高穩定性且具備良好生物相容性的一體化自供電電子皮膚，以推動電子皮膚技術的發展和廣泛應用。

技術實現思路

1、本發明為了解決上述技術問題，提供了一種明膠/聚乙烯醇基雙網絡結構水凝膠、柔性水凝膠電極、水凝膠-摩擦電傳感器及制備方法。

2、第一方面，本發明提供一種明膠/聚乙烯醇基雙網絡結構水凝膠的制備方法，是通過以下技術方案得以實現的。

3、一種明膠/聚乙烯醇基雙網絡結構水凝膠的制備方法，包括以下步驟：

4、a1.將氯化鈉、檸檬酸、檸檬酸鈉溶解在去離子水中，然后加入甘油、明膠粉、聚乙烯醇粉末，浸泡2～3小時；其中，氯化鈉、檸檬酸、檸檬酸鈉、去離子水、甘油、明膠、聚乙烯醇的質量比為9.0-9.5：0.8-1.2：8-12：75-85：55-65：35-45：35-45；

5、a2.將步驟a1所得混合物加熱1～1.5小時至完全溶解，溫度控制在90～95℃區間內；

6、a3.將步驟a2所得溶液以每分鐘1000～1500轉速度攪拌2～2.5小時至均勻狀態，獲得水凝膠溶液；

7、a4.將步驟a3所得水凝膠溶液均勻倒在涂布機上，刮涂得一定厚度的薄膜，靜置冷卻成型，得到明膠/聚乙烯醇基雙網絡結構水凝膠。

8、第二方面，本發明提供一種明膠/聚乙烯醇基雙網絡結構水凝膠，是通過以下技術方案得以實現的。

9、一種上述制備方法制備得到的明膠/聚乙烯醇基雙網絡結構水凝膠。

10、第三方面，本發明提供一種明膠/聚乙烯醇基雙網絡結構水凝膠的用途，是通過以下技術方案得以實現的。

11、一種上述明膠/聚乙烯醇基雙網絡結構水凝膠在制備柔性水凝膠電極或水凝膠-摩擦電傳感器電荷敏感層或水凝膠-摩擦電傳感器中的應用。

12、第四方面，本發明提供一種柔性水凝膠電極的制備方法，是通過以下技術方案得以實現的。

13、一種柔性水凝膠電極的制備方法，包括以下步驟：

14、b1.將氯化鈉、檸檬酸、檸檬酸鈉溶解在去離子水中，再加入聚乙撐二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸鹽分散液、石墨烯分散液攪拌均勻，然后加入甘油、明膠粉、聚乙烯醇粉末，浸泡2～3小時；其中，氯化鈉、檸檬酸、檸檬酸鈉、去離子水、甘油、明膠、聚乙烯醇、聚乙撐二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸鹽分散液、石墨烯分散液的質量比為9.0-9.5：0.8-1.2：8-12：75-85：55-65：35-45：35-45：75-85：155-165；

15、b2.將步驟b1所得混合物加熱1～1.5小時至完全溶解，溫度控制90～95℃區間內；

16、b3.將步驟b2所得溶液以每分鐘1000～1500轉速度攪拌2～2.5小時至均勻狀態，獲得水凝膠溶液；

17、b4.將步驟b3所得水凝膠溶液均勻倒在涂布機上，刮涂得一定厚度的薄膜，靜置冷卻成型，得到柔性水凝膠電極。

18、第五方面，本發明提供一種柔性水凝膠電極，是通過以下技術方案得以實現的。

19、一種上述制備方法制備得到的柔性水凝膠電極。

20、第六方面，本發明提供一種柔性水凝膠電極的用途，是通過以下技術方案得以實現的。

21、一種上述柔性水凝膠電極在制備水凝膠-摩擦電傳感器中的應用。

22、第七方面，本發明提供一種水凝膠-摩擦電傳感器電荷敏感層的制備方法，是通過以下技術方案得以實現的。

23、一種水凝膠-摩擦電傳感器電荷敏感層的制備方法，包括以下步驟：

24、c1.將氯化鈉、檸檬酸、檸檬酸鈉溶解在去離子水中，然后加入鈷納米多孔碳、甘油、明膠粉、聚乙烯醇粉末，浸泡2～3小時；其中，氯化鈉、檸檬酸、檸檬酸鈉、鈷納米多孔碳、去離子水、甘油、明膠、聚乙烯醇的質量比為9.0-9.5：0.8-1.2：8-12：5-10：75-85：55-65：35-45：35-45；

25、c2.將步驟c1所得混合物加熱1～1.5小時至完全溶解，溫度控制90～95℃區間內；

26、c3.將步驟c2所得溶液以每分鐘1000～1500轉速度攪拌2～2.5小時至均勻狀態，獲得水凝膠溶液；

27、c4.將步驟c3所得水凝膠溶液均勻倒在涂布機上，刮涂得一定厚度的薄膜，靜置冷卻成型，得到水凝膠-摩擦電傳感器電荷敏感層。

28、第八方面，本發明提供一種水凝膠-摩擦電傳感器電荷敏感層，是通過以下技術方案得以實現的。

29、一種上述制備方法制備得到的水凝膠-摩擦電傳感器電荷敏感層。

30、第九方面，本發明提供一種水凝膠-摩擦電傳感器電荷敏感層的用途，是通過以下技術方案得以實現的。

31、一種上述水凝膠-摩擦電傳感器電荷敏感層在制備水凝膠-摩擦電傳感器中的應用。

32、第十方面，本發明提供一種水凝膠-摩擦電傳感器的制備方法，是通過以下技術方案得以實現的。

33、一種水凝膠-摩擦電傳感器的制備方法，包括以下步驟：

34、d1.將上述制備得到的柔性水凝膠電極和上述制備得到的水凝膠-摩擦電傳感器電荷敏感層進行剪裁；

35、d2.在柔性水凝膠電極上引出一根銀導線；

36、d3.將柔性水凝膠電極、銀導線與水凝膠-摩擦電傳感器電荷敏感層貼合，得到水凝膠-摩擦電傳感器。

37、第十一方面，本發明提供一種水凝膠-摩擦電傳感器，是通過以下技術方案得以實現的。

38、一種上述方法制備得到的水凝膠-摩擦電傳感器。

39、本技術具有以下有益效果。

40、本發明制備得到的明膠/聚乙烯醇基雙網絡結構水凝膠具有高柔性、透明度、粘附性、自愈能力、降解性和生物相容性，可擴展制成水凝膠型柔性電極進行心電監測，和自供能水凝膠型摩擦電傳感器，實現非接觸傳感，應用前景廣闊。