各向异性导电水凝胶材料的制备与其应变传感性能的研究
摘要：随着大数据时代的到来，柔性可穿戴传感器已是一个重要研究领域。导电水凝胶应变传感器由于其本身良好的生物相容性、优良的机械性能和导电性在柔性传感器中成为优良的候选材料。本文基于水凝胶为基底的柔性可穿戴传感器研究现状，通过回顾国内外相关研究，介绍了以丙烯酰胺为单体的水凝胶制备方法；导电水凝胶通过使用导电聚合物、导电填料、自由离子及其混合物来合成的基本方式；各向异性导电水凝胶的各种制备方法。此外还讨论了各向异性导电水凝胶的制备方法，总结了各向异性导电水凝胶在应变传感器的应用，期望于导电水凝胶可以取得更好的发展。
关键词：水凝胶；柔性可穿戴传感器； 各向异性； 应变传感器；分子链取向
一、文献综述
1、引言
随着传感技术的不断发展，可穿戴的柔性传感器已经逐渐走进人们的视野。柔性可穿戴传感器可以反应出人体的体温、心跳和血压等生理信号，从而监控人体的身体健康[1]。柔性传感器根据不同的传感机制，可大致分为电阻式、电感式、电容式等。根据应用方式又可分为应变传感器、位移传感器、温度传感器等。目前对可穿戴柔性传感器的研究在高灵敏度、柔韧性及良好的生物相容性等方面得到了重大突破。柔性传感器在人机交互、人工智能、大数据医疗等方面有着重要研究意义。随着大数据时代的到来，可穿戴柔性传感器在数据采集方面脱颖而出，同时也对柔性传感器的便携性、自修复、自传输、生物相容性等性能提出了更高的要求。传统的柔性传感器并不能满足现如今的使用要求，正是这些不足在不断促使研究人员进行更深入的探索。
传统的电子材料使用金属制成，坚硬粗糙与柔软湿润的人体组织不能够形成亲密的保形接触，是人体软组织与电子设备之间不能够进行精准生理信号监测的关键因素。与传统的金属传感器相比，水凝胶具有更好的生物相容性，同时也能进行更精确的检测。正是水凝胶本身具有的特性引起了广大研究人员的注意，在生物医学领域得到了极大的重视。导电水凝胶不仅结合了水凝胶的优点，还增加了导电性与力学性能。导电水凝胶是通过在水凝胶中加入导电聚合物、导电填料、自由基及其混合物合成的，其原理是通过加入的导电成分形成导电通路，从而赋予水凝胶导电性。加入的填料同时也改善了水凝胶的力学性能，使其应用领域得以扩大。例如Ling等[2]通过双醛羧甲基纤维素与氨基明胶的席夫碱反应形成第一层网状结构，再通过丙烯酸自由基聚合形成第二层网状结构，制备了一种多功能导电双网状水凝胶应变传感器[2]。该导电水凝胶具有良好的压缩感知性，在扁平足的初步筛查方面作出了贡献。
2、各向异性的导电水凝胶的制备
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