柔性压力传感器及其制备方法

1.本技术属于传感器技术领域，尤其涉及一种柔性压力传感器及其制备方法。


背景技术：

2.柔性压力传感器作为可穿戴智能产品中的重要元器件，在健康监测、电子皮肤、人工假肢以及人机交互等领域均具有潜在发展需求。随着可穿戴设备的迅猛发展，为满足实时、长期信号监测的应用需求，对柔性压力传感器的耐用性和便携性提出了更高的要求。在实际使用过程中，器件容易因受到弯折、摩擦和碰撞而出现折痕、划痕甚至裂纹等机械性损伤，这些损伤不仅会降低传感器的运行稳定性，甚至会引起器件电学性能失效，从而缩短柔性器件的使用寿命，因此，使用具有自修复性能的材料对于增强柔性压力传感器的耐用性，延长器件寿命及减少电子垃圾具有重要意义。目前，在压阻型、电容型、压电型和摩擦电型等传统类型的柔性压力传感器中，自修复材料在压阻型和电容型柔性压力传感器中应用较多。但基于其传感机制的限制，它们大多需要附加外部电源；而压电型和摩擦电型传感器通过将机械能转化为电能可以实现无源传感。但它们在静态力的测量上存在困难，而稳定的静态力检测对柔性压力传感器在电子皮肤及健康监测等领域的应用发展至关重要。
3.目前，有研究人员以水合氧化石墨烯(go)作为电解质和传感层提出了基于原电池的电位转换机制，其通过将压力刺激转化为两电极之间的电势差实现了动态、静态力的自供电压力传感。但是，由于水合go容易受到外部环境的影响而失水，进而影响器件的传感性能，所以需要对器件进行封装以隔绝外部环境。这不仅使得制备工艺更为复杂，增加了成本，而且器件在使用过程中一旦发生机械性损伤，将引起其传感性能的恶化甚至失效，且无法对电极及电解质材料进行更换或修复，致使器件的长期耐用性和可靠性降低，使用寿命缩短。目前仍亟需研究便于穿戴，制备工艺简单，使用寿命长，能检测静压并具备自发电性能的柔性压力传感器。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种柔性压力传感器及其制备方法，旨在一定程度上解决现有柔性传感器在使用寿命、检测静压和自发电性能方面还有待进一步提升的问题。
5.为实现上述申请目的，本技术采用的技术方案如下：
6.第一方面，本技术提供一种柔性压力传感器的制备方法，包括以下步骤：
7.制备第一自修复水凝胶层和第二自修复水凝胶层，所述第一自修复水凝胶层和所述第二自修复水凝胶层分别含有水分；
8.制备电解质层，将所述第一自修复水凝胶层和所述第二自修复水凝胶层分别贴合在所述电解质层的两侧表面，得到压力传感层；
9.在所述压力传感层中所述第一自修复水凝胶层的表面制备第一柔性电极，在所述第二自修复水凝胶层的表面制备第二柔性电极，得到柔性压力传感器。
10.第二方面，本技术提供一种柔性压力传感器，所述柔性压力传感器包括依次贴合
设置的第一柔性电极、复合压力传感层和第二柔性电极；其中，所述复合压力传感层至少包括一个由第一自修复水凝胶层、电解质层和第二自修复水凝胶层依次贴合设置的压力传感层；其中，所述第一自修复水凝胶层和所述第二自修复水凝胶层分别含有水分。
11.本技术第一方面提供的柔性压力传感器的制备方法，制备两个含有水分的自修复水凝胶层，分别贴合设置在电解质层两侧表面形成三明治结构的压力传感层，同时其也是固态电解质。然后在压力传感层的自修复水凝胶层表面制备柔性电极，便得到柔性压力传感器。该柔性压力传感器是基于电位转换机制设计的，同时具有自修复和自供电特性。具体地，一方面，设置在两侧的自修复水凝胶层，通过水凝胶的自修复功能，可实现电解质层和电极层的自修复性能，从而使得柔性压力传感器具有自修复特性，在受到外界损伤时能够达到自修复的效果，使用寿命长。另一方面，压力传感层由电解质层和设置在其两侧的含水的自修复水凝胶层构成三明治结构，两侧的自修复水凝胶层具有一定的含水量，不但能够为中间电解质层提供适量的水分子，提升电解质层的离子传输能力，而且能够对中间的电解质层起到封装的效果，同时对电解质层起到保水作用，维持电解质层中水分子的含量，从而确保电解质层的离子传输能力，无需对电解质层进行额外的水合处理，且无需再次封装处理，简化了工艺。第一自修复水凝胶层-电解质层-第二自修复水凝胶层构成的三明治结构的压力传感层，使得传感器在受到压力时，不仅可以通过电解质层和自修复水凝胶层在受压时本征阻抗的变化实现传感；而且可以通过自修复水凝胶层与电极层接触面积的改变引起界面接触电阻的改变，实现压力传感。通过两种结构的结合可以提高柔性压力传感器的压力传感灵敏度，扩大压力传感范围。
12.本技术第二方面提供的柔性压力传感器，该柔性压力传感器是基于电位转换机制设计的，压力传感层中设置在电解质层两侧的自修复水凝胶层，可实现电解质层和电极层的自修复性能，使得柔性压力传感器具有自修复特性，在受到外界损伤时能够达到自修复的效果，使用寿命长。同时，两侧的自修复水凝胶层具有一定的含水量，能够为中间电解质层提供离子传输所需的水分子，且能够对电解质层起到保水作用，确保电解质层的离子传输能力。柔性压力传感器通过各功能层的协同作用同时具有自修复和自供电特性。在受到外界压力时，既可通过电解质层和自修复水凝胶层在受压时本征阻抗的变化实现传感；又可通过自修复水凝胶层与电极层接触面积的改变引起界面接触电阻的改变，实现压力传感。压力传感灵敏度高，压力传感范围广。
附图说明
13.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1是本技术实施例提供的柔性压力传感器的制备方法的流程示意图；
15.图2是本技术实施例提供的柔性压力传感器的一种结构图示意图；
16.图3是本技术实施例提供的柔性压力传感器的另一种结构图示意图；
17.图4是本技术实施例1提供的柔性压力传感器在大小分别为2kpa、5kpa、10kpa的恒定循环压力下的输出电压信号图；
18.图5是本技术实施例1提供的柔性压力传感器断裂自修复后在10kpa的恒定循环压力下的输出电压信号图。
具体实施方式
19.为了使本技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
20.本技术中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况。其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
21.本技术中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a，b或c中的至少一项(个)”，或，“a，b和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a，b，c，a-b(即a和b)，a-c，b-c，或a-b-c，其中a，b，c分别可以是单个，也可以是多个。
22.应理解，在本技术的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
23.在本技术实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
24.本技术说明书实施例中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本技术说明书实施例相关组分的含量按比例放大或缩小均在本技术说明书实施例公开的范围之内。具体地，本技术说明书实施例中的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
25.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，用来将目的如物质彼此区分开，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。例如，在不脱离本技术实施例范围的情况下，第一xx也可以被称为第二xx，类似地，第二xx也可以被称为第一xx。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
26.如附图1所示，本技术实施例第一方面提供一种柔性压力传感器的制备方法，包括以下步骤：
27.s10.制备第一自修复水凝胶层和第二自修复水凝胶层，第一自修复水凝胶层和第二自修复水凝胶层分别含有水分；
28.s20.制备电解质层，将第一自修复水凝胶层和第二自修复水凝胶层分别贴合在电解质层的两侧表面，得到压力传感层；
29.s30.在压力传感层中第一自修复水凝胶层的表面制备第一柔性电极，在第二自修复水凝胶层的表面制备第二柔性电极，得到柔性压力传感器。
30.本技术实施例第一方面提供的柔性压力传感器的制备方法，制备两个含有水分的自修复水凝胶层，分别贴合设置在电解质层两侧表面形成三明治结构的压力传感层，同时其也是固态电解质。然后在压力传感层的自修复水凝胶层表面制备柔性电极，便得到柔性
压力传感器。该柔性压力传感器是基于电位转换机制设计的，同时具有自修复和自供电特性。具体地，一方面，设置在两侧的自修复水凝胶层，通过水凝胶的自修复功能，可实现电解质层和电极层的自修复性能，从而使得柔性压力传感器具有自修复特性，在受到外界损伤时能够达到自修复的效果，使用寿命长。另一方面，压力传感层由电解质层和设置在其两侧的含水的自修复水凝胶层构成三明治结构，两侧的自修复水凝胶层具有一定的含水量，不但能够为中间电解质层提供适量的水分子，提升电解质层的离子传输能力，而且能够对中间的电解质层起到封装的效果，同时对电解质层起到保水作用，维持电解质层中水分子的含量，从而确保电解质层的离子传输能力，无需对电解质层进行额外的水合处理，且无需再次封装处理，简化了工艺。第一自修复水凝胶层-电解质层-第二自修复水凝胶层构成的三明治结构的压力传感层，使得传感器在受到压力时，不仅可以通过电解质层和自修复水凝胶层在受压时本征阻抗的变化实现传感；而且可以通过自修复水凝胶层与电极层接触面积的改变引起界面接触电阻的改变，实现压力传感。通过两种结构的结合可以提高柔性压力传感器的压力传感灵敏度，扩大压力传感范围。
31.在一些实施例中，上述步骤s10中，制备第一自修复水凝胶层和第二自修复水凝胶层的步骤分别独立地包括：
32.s11.将自修复凝胶材料和吸水性材料溶解在溶剂中，形成前驱体浆料。
33.s12.将前驱体浆料沉积到衬底表面，干燥形成薄膜后，在湿度为40～70％的环境中放置24～48小时，得到第一自修复水凝胶层或第二自修复水凝胶层。
34.本技术实施例自修复水凝胶层的制备，通过将自修复凝胶材料和吸水性材料溶解在溶剂形成前驱体浆料，其中，自修复凝胶材料提供自修复功能，吸水性材料提供吸水和保水功能；然后通过浇注等方式沉积到衬底表面，使前驱体浆料成湿膜，通过干燥处理，便形成干燥后的薄膜。再在湿度为40～70％的环境中放置24～48小时，使薄膜吸收一定的水分，得到一定含水量的自修复水凝胶层。制备的自修复水凝胶层当其发生断裂时，利用高分子链的可移动性，可以在破损材料间形成氢键等非共价作用力，从而修复裂纹，并且可以在水的作用下加快修复速度。若环境湿度过高，则会导致制得的自修复水凝胶层含水量过高，进而电解质层和自修复水凝胶层之间的电导率和离子迁移率较高，电解质与电极接触后，两电极之间的电势差会快速达到饱和状态，从而无法对压力进行传感。此外，水凝胶含水量过高时其与空气湿度相差较大，在空气中不易保持稳定。
35.在一些实施例中，上述步骤s11中，将自修复凝胶材料添加到去离子水中，在60-100℃温度下进行搅拌，完全溶解后，加入吸水性材料进行搅拌处理，使自修复凝胶材料和吸水性材料充分溶解在去离子水中，之后将混合溶液静置一段时间以消除气泡，待气泡完全消除后，形成前驱体浆料。
36.在一些实施例中，自修复凝胶材料包括聚乙烯醇、壳聚糖、琼脂、海藻酸钠、聚丙烯酰胺、明胶中的至少一种；这些材料均具有较好的自修复功能。在一些实施例中，自修复凝胶材料包括聚乙烯醇、壳聚糖、琼脂、海藻酸钠、聚丙烯酰胺、明胶中的两种以上，通过几种材料的复合形成双网络或三网络水凝胶，使得柔性压力传感器有更好的自修复效果。
37.在一些实施例中，吸水性材料包括甘油、乙二醇、氯化锂、氯化镁、氯化钙中的至少一种；这些材料均具有较好的吸水性能，使得自修复水凝胶层具有吸水和保水性，有利于为柔性压力传感器中电解质层提供水分子，提高其电子传输性能，又有利于保持电解质层中
水分子的稳定含量，避免水分流失，确保电解质层的电子传输性能。
38.在一些实施例中，自修复凝胶材料和吸水性材料的质量比为(1～3)：(1～2)；该配比即确保了自修复水凝胶层的自修复性能又确保了自修复水凝胶层的吸水和保水性能。若自修复凝胶材料的含量增加，有利于提高自修复凝胶材料的自修复性能，但同时也会导致自修复水凝胶层的粘性过大，不利于自修复水凝胶层脱模。在一些具体实施例中，自修复凝胶材料和吸水性材料的质量比包括但不限于1:2、1:1、2:1、3:1等。
39.在一些实施例中，前驱体浆料中，自修复凝胶材料的质量分数为5～25％；当前驱体浆料中自修复凝胶材料的浓度过低时，则容易脱水收缩，无法形成稳定的物理交联的水凝胶；当自修复凝胶材料浓度较高时，自修复凝胶材料较难溶解于水中，且制得的凝胶模量过大，不易变形。在一些具体实施例中，前驱体浆料中，自修复凝胶材料的质量分数包括但不限于5～10％、10～15％、15～20％、20～25％等。
40.在一些实施例中，上述步骤s12中，将前驱体浆料通过浇注等方式沉积到砂纸等衬底表面，在砂纸两侧放置垫片控制湿膜厚度，通过流延法使其均匀平整地涂敷在砂纸表面，之后将溶液连同模具一起在通风橱中放置20-48h干燥，脱模得到薄膜。然后，将薄膜在湿度为40～70％的环境中放置24～48小时，使薄膜吸收一定的水分，得到一点含水量的自修复水凝胶层。本技术实施例衬底以具有不规则凹陷突起微结构的砂纸为例，还可以使用微金字塔，微圆球，微柱等具有规则凹凸结构的天然或人工模版等衬底构筑自修复水凝胶层表面的微结构。微结构能够调控接触电阻，当微结构受力发生形变时，可通过改变接触面积，进而调控接触电阻。
41.在一些实施例中，衬底选自表面目数为1000～10000目的砂纸，使制得的第一自修复水凝胶层和第二自修复水凝胶层接触砂纸的一侧表面具有微结构。本技术实施例通过在自修复水凝胶层表面构建微结构，使器件在受到压力时，电解质层与电极层的接触面积增大，从而改变界面接触电阻，实现压力传感。该表面目数的砂纸作为衬底，可制备表面具有丰富微结构的自修复水凝胶层，有利于提高柔性压力传感器的压力传感灵敏度，扩大压力传感范围
42.在一些实施例中，第一自修复水凝胶层和第二自修复水凝胶层的含水量分别独立地为5～35wt％。由于电解质层的电位转换机制的实现有赖于电解质的离子传输能力，而完全脱水的氧化石墨烯等电解质层相当于介电层，不具备电解质性质，水分子的插入有利于提升电解质层的离子传输能力，因此需要电解质层具备一定的含水量且不会受环境影响而脱水。本技术实施例设置的电解质层两侧的自修复水凝胶层含有一定的水分，能够为电解质层提供水分子，保证电解质层在水分子的参与下具有较好的离子传输能力。同时，自修复水凝胶层也具有保水性能，能够确保电解质层中水分子不被流失，从而确保电解质层的电子传输稳定性。若自修复水凝胶层中含水量过低，则电解质层捕获的水分子较少，离子传输能力差，并且较低含水量导致自修复水凝胶层中水凝胶聚合物网络密度增加，阻碍自修复水凝胶层中的离子传输，使得自修复水凝胶层与电解质层之间的离子传输能力较差，无法实现电位转换机制；若自修复水凝胶层中含水量过高时，电解质层和自修复水凝胶层的电导率和离子迁移率较高，电解质与电极接触后，两电极之间的电势差会快速达到饱和状态，从而无法对压力进行传感，此外，自修复水凝胶层含水量过大时其与空气湿度相差较大，在空气中不易保持柔性压力传感器的稳定性。在一些具体实施例中，第一自修复水凝胶层和
第二自修复水凝胶层的含水量分别独立地为5～10wt％、10～15wt％、15～20wt％、20～25wt％、25～30wt％、30～35wt％等。
43.在一些实施例中，第一自修复水凝胶层和第二自修复水凝胶层的厚度分别独立地为0.2～3mm，该厚度区间有利于确保了柔性压力传感器的检测灵敏度。若自修复水凝胶层的厚度过小时，形变空间过低，且保水量有限；若自修复水凝胶层的厚度过大时，自修复水凝胶层不易于发生变形，灵敏度会降低。在一些具体实施例中，第一自修复水凝胶层和第二自修复水凝胶层的厚度分别独立地为0.2～0.5mm、0.5～0.8mm、0.8～1mm、1～1.5mm、1.5～2mm、2～2.5mm、2.5～3mm等。
44.在一些实施例中，上述步骤s20中，制备电解质层的步骤包括：将电解质材料分散到水中形成分散液，通过抽滤法将分散液制成电解质层。在一些具体实施例中，取一定质量的电解质材料加入去离子水中进行一定时间超声处理，保证其充分分散，然后采用抽滤法将电解质材料分散液制备成膜，并将其裁剪为一定的尺寸备用。除此之外，还可以使用喷涂、印刷等方法制备电解质层。
45.在一些实施例中，电解质材料包括氧化石墨烯、金属-有机框架材料、共价有机框架、六方氮化硼、二硫化钼、二硫化钨中的至少一种；这些电解质材料均具有二维片层结构，在成膜过程可进行自组装行为，易形成具有微结构的电解质层。而微结构能够调控接触电阻，当微结构受力发生形变时，可通过改变接触面积，进而调控接触电阻。在一些优选实施例中，电解质材料选自氧化石墨烯。
46.在一些实施例中，分散液的浓度为2～7mg/ml；该浓度的分散液有利于提高抽滤法制备电解质层的效率，若浓度过低，则抽滤时间长，制备效率低；若浓度过高，则易导致制备的电解质层膜层不平整，厚度不均一。在一些实施例中，分散液的浓度包括但不限于2mg/ml、3mg/ml、4mg/ml、5mg/ml、6mg/ml、7mg/ml等。
47.在一些实施例中，电解质层的厚度为0.01～1mm。电解质层的厚度较小时，表明其堆叠的层数较少，层状微结构容易在较小压力下达到饱和，且会降低器件灵敏度；而制备厚度过高的电解质层需要会增加成本，同时也会增加离子传输路径，一定程度上降低器件的检测灵敏度。在一些具体实施例中，电解质层的厚度包括但不限于0.01～0.1mm、0.1～0.2mm、0.2～0.5mm、0.5～0.8mm、0.8～1mm等。
48.在一些实施例中，将第一自修复水凝胶层和第二自修复水凝胶层分别贴合在电解质层的两侧表面的步骤包括：将第一自修复水凝胶层和第二自修复水凝胶层中具有微结构的一侧表面背离电解质层设置。在这种情况下，自修复水凝胶层中具有微结构的一侧表面与柔性电极层接触设置，自修复水凝胶层表面具有的微结构能够调控接触电阻，当微结构受力发生形变时，可通过改变接触面积，进而调控接触电阻。另外，与自修复水凝胶层与电解质层贴合设置的表面为平整面，更有利于为电解质层提供离子传输所需的水分子，同时对电解质层形成更好的封装效果，保持电解质层中水分子不易流失。
49.在一些实施例中，可将多个压力传感层贴合制成复合压力传感层，如，将两个以上压力传感层通过外侧的自修复水凝胶层贴合成复合的自修复水凝胶层。也可在压力传感层的外侧的自修复水凝胶层表面依次贴合电解质层和自修复水凝胶层形成复合压力传感层。
50.在一些实施例中，上述步骤s30中，第一柔性电极和第二柔性电极的制备分别独立地包括步骤：将电极材料溶解或分散到水中，采用抽滤法制成柔性电极层。除此之外，还可
以使用喷涂、喷墨打印、磁控溅射等方法将电极材料的分散液沉积在自修复水凝胶层表面制得柔性电极。
51.在一些实施例中，在压力传感层中第一自修复水凝胶层的表面制备第一柔性电极，在第二自修复水凝胶层的表面制备第二柔性电极的步骤包括，将制备好的第一柔性电极贴合在第一自修复水凝胶的表面，将制备好的第二柔性电极贴合在第二自修复水凝胶的表面，得到柔性压力传感器。本技术实施例第一柔性电极贴合设置在第一自修复水凝胶层的表面，第二柔性电极贴合设置在第二自修复水凝胶层的表面。压力传感层与柔性电解贴附设置，当柔性压力传感器在受到意外损伤时，可以利用水凝胶的自修复功能，实现电解质层和柔性电极层的自修复。
52.在一些实施例中，第一柔性电极和第二柔性电极中采用化学电势不同的电极材料。选用两种化学势不同的导电材料分别制成第一柔性电极和第二柔性电极，便可实现电位转换型压力传感。
53.在一些实施例中，电极材料包括碳纳米管、石墨烯、mxene、金属纳米线、金属纳米颗粒中的至少一种；这些材料均有较好的导电性能，作为电极材料有利于传导电荷，实现器件对压力的灵敏检测。
54.在一些实施例中，第一柔性电极和第二柔性电极的厚度分别独立地为0.005～1mm，在该厚度下，电极厚度适中，自身电阻较小，且可在一定形变范围保持稳定，断裂后其修复效率较高。当柔性电极较薄时，电极自身电阻较大，导致器件灵敏度低，且自修复效率低；当柔性电极过厚时，则距离自修复水凝胶层较远的部分无法自修复，浪费材料，且器件整体模量变高，不易于发生形变，灵敏度较低。
55.如附图2所示，本技术实施例第二方面提供一种柔性压力传感器，包括依次贴合设置的第一柔性电极、复合压力传感层和第二柔性电极；其中，复合压力传感层至少包括一个由第一自修复水凝胶层、电解质层和第二自修复水凝胶层依次贴合设置的压力传感层；其中，第一自修复水凝胶层和第二自修复水凝胶层分别含有水分。
56.本技术实施例第二方面提供的柔性压力传感器，该柔性压力传感器是基于电位转换机制设计的，压力传感层中设置在电解质层两侧的自修复水凝胶层，可实现电解质层和电极层的自修复性能，使得柔性压力传感器具有自修复特性，在受到外界损伤时能够达到自修复的效果，使用寿命长。同时，两侧的自修复水凝胶层具有一定的含水量，能够为中间电解质层提供离子传输所需的水分子，且能够对电解质层起到保水作用，确保电解质层的离子传输能力。柔性压力传感器通过各功能层的协同作用同时具有自修复和自供电特性。在受到外界压力时，既可通过电解质层和自修复水凝胶层在受压时本征阻抗的变化实现传感；又可通过自修复水凝胶层与电极层接触面积的改变引起界面接触电阻的改变，实现压力传感。压力传感灵敏度高，压力传感范围广。
57.本技术实施例柔性压力传感器可通过上述实施例方法制得。
58.在一些实施例中，复合压力传感层包括两个以上由第一自修复水凝胶层、电解质层和第二自修复水凝胶层依次贴合设置的压力传感层，将两个同结构的压力传感层复合即可得到复合压力传感层。由于自修复水凝胶层之间粘接性能优异，相邻自修复水凝胶层贴合后可迅速形成一个整体。在另一些实施例中，两个以上待复合的压力传感层，其中一个压力传感层也可以仅在电解质层的一侧设置自修复水凝胶层，但两个压力传感层复合时，通
过其中一个的复合压力传感层即可使两者粘连起来形成复合压力传感层整体。在一些具体实施例中，柔性压力传感器的结果如附图3所示，包括依次贴合设置的第一柔性电极、复合压力传感层和第二柔性电极，其中，复合压力传感层包括由第一自修复水凝胶层、第一电解质层和第二自修复水凝胶层依次贴合设置的一个子压力传感层，同时包括第二电解质层和第三自修复水凝胶层依次贴合设置的另一个子压力传感层。
59.在一些实施例中，第一自修复水凝胶层和第二自修复水凝胶层的一侧表面具有微结构，且第一自修复水凝胶层和第二自修复水凝胶层中具有微结构的一侧表面背离电解质层设置。
60.在一些实施例中，第一自修复水凝胶层和第二自修复水凝胶层的含水量分别独立地为5～35wt％。
61.在一些实施例中，第一柔性电极和第二柔性电极中分别独立地包括碳纳米管、石墨烯、mxene、金属纳米线、金属纳米颗粒中的至少一种电极材料，且第一柔性电极和第二柔性电极中包含化学电势不同的电极材料。
62.在一些实施例中，第一自修复水凝胶层和第二自修复水凝胶层中分别独立地包括质量比为(1～3)：(1～2)的自修复凝胶材料和吸水性材料。
63.在一些实施例中，电解质层中包括氧化石墨烯、金属-有机框架材料、共价有机框架、六方氮化硼、二硫化钼、二硫化钨中的至少一种电解质材料。
64.在一些实施例中，电解质层的面积略小于自修复水凝胶层的面积，确保自修复水凝胶层能够充分应对电解质层的形变，并修复电解质层。
65.在一些实施例中，第一柔性电极和第二柔性电极的厚度分别独立地为0.005～1mm。
66.在一些实施例中，第一自修复水凝胶层和第二自修复水凝胶层的厚度分别独立地为0.2～3mm。
67.在一些实施例中，电解质层的厚度为0.01～1mm。
68.本技术上述实施例的有益效果在前文均有详细论述，在此不再赘述。
69.为使本技术上述实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员理解，以及本技术实施例柔性压力传感器及其制备方法的进步性能显著的体现，以下通过多个实施例来举例说明上述技术方案。
70.实施例1
71.一种柔性压力传感器，其结构如附图2所示，包括依次叠层贴合设置的第一柔性电极、第一自修复水凝胶层、电解质层、第二自修复水凝胶层和第二柔性电极；其中，第一柔性电极和第二柔性电极与电压表电连接。
72.其制备包括步骤：
73.1、制备聚乙烯醇pva/甘油gly水凝胶前驱体：将一定质量的pva粉末加入去离子水中在80℃温度下进行搅拌，控制pva质量分数为10％，待pva粉末完全溶解后，向pva水溶液中加入一定质量的gly进行10min搅拌处理，控制gly与pva的质量比为1:1，之后将混合溶液静置一段时间以消除气泡，待气泡完全消除后，得到pva/gly水凝胶前驱体。
74.2.制备自修复pva/gly水凝胶层：将制得的pva/gly水凝胶前驱体浇注于砂纸表面，在砂纸(砂纸目数选择2000目)两侧放置垫片控制薄膜的厚度为0.3mm，通过流延法使其
均匀平整地涂敷在砂纸表面，之后将溶液连同模具一起在通风橱中放置24h，成胶后撕取薄膜得到表面具有微结构的pva/gly水凝胶层，随后将其在湿度为56％的环境下放置24h，得到含水量为15％的自修复水凝胶层，即第一自修复水凝胶层和第二自修复水凝胶层。
75.3.制备go电解质：取一定质量的go加入去离子水中进行20min超声处理，go浓度为3mg/ml，然后采用抽滤法将go分散液制备成膜并进行适当剪裁，制得的go薄膜厚度为0.1mm，即电解质层。
76.4.制备cnt电极和mxexe电极：取一定质量的碳纳米管cnt和mxene分别加入正己烷和去离子水中进行30min超声处理，然后采用抽滤法将cnt和mxene分散液分别制备成膜并进行适当剪裁。制得的cnt和mxene电极薄膜厚度为0.005mm，即分别为第一电极和第二电极。
77.5.组装器件：将制得的go薄膜夹在两层自修复pva/gly水凝胶层之间(go薄膜面积应小于pva/gly水凝胶薄膜面积)，水凝胶具有微结构的一侧与go相背，然后将cnt和mxene电极分别贴附在两侧的自修复pva/gly水凝胶层上构成自供电自修复柔性压力传感器，在两电极端分别引出导线将器件与测试设备相连，完成测试。
78.实施例2
79.一种柔性压力传感器，包括依次叠层贴合设置的第一柔性电极、第一自修复水凝胶层、电解质层、第二自修复水凝胶层和第二柔性电极；其中，第一柔性电极、第一自修复水凝胶层、电解质层、第二自修复水凝胶层和第二柔性电极的制备步骤、采用的材料均与实施例1相同。区别点在于：第一自修复水凝胶层和第二自修复水凝胶层中pva质量分数为15％。
80.实施例3
81.一种柔性压力传感器，其结构如附图3所示，包括依次叠层贴合设置的第一柔性电极、第一自修复水凝胶层、第一电解质层、第二自修复水凝胶层、第二电解质层、第三自修复水凝胶层、第二柔性电极；其中，第一柔性电极和第二柔性电极的制备步骤和采用的材料均与实施例1相同、第一电解质层和第二电解质层的制备步骤和采用的材料均与实施例1电解质层相同、第一自修复水凝胶层、第二自修复水凝胶层、第三自修复水凝胶层的制备步骤和采用的材料均与实施例1相同。区别点在于：第一自修复水凝胶层除采用的模具为具有微金字塔结构的硅片外，其余制备步骤以及采用的材料与实施例1相同。
82.对比例1
83.一种柔性压力传感器，包括依次叠层贴合设置的第一柔性电极、电解质层和第二柔性电极；其中，第一柔性电极、电解质层和第二柔性电极的制备步骤和采用的材料均与实施例1相同。
84.对比例2
85.一种柔性压力传感器，包括依次叠层贴合设置的第一柔性电极、自修复水凝胶层和第二柔性电极；其中，第一柔性电极、自修复水凝胶层和第二柔性电极的制备步骤和采用的材料均与实施例1相同。
86.对比例3
87.一种柔性压力传感器，包括依次叠层贴合设置的第一柔性电极、自修复水凝胶层、电解质层和第二柔性电极；其中，第一柔性电极、自修复水凝胶层、电解质层和第二柔性电极的制备步骤和采用的材料均与实施例1相同。
88.进一步的，为了验证本技术实施例的进步性，进行如下性能测试：
89.1、对实施例1制备的柔性压力传感器，分别在2kpa、5kpa、10kpa的恒定循环压力下测试输出电压信号的大小。实施例1柔性压力传感器在大小分别为2kpa、5kpa、10kpa的恒定循环压力下的输出电压信号，如附图4所示，从图中可以看出，本技术柔性压力传感器可以实现对不同大小静态力的稳定传感。
90.另外，实施例1柔性压力传感器进行处理使其发生断裂，然后在断裂处涂抹少量去离子水，拼合断面传感器即可重新愈合，待多余水分蒸发后，在10kpa的恒定循环压力下的输出电压信号。如附图5所示，从图中可以看出传感器仍能稳定进行传感，表明传感器良好的自修复性能。
91.2、对各实施例和对比例制备的柔性压力传感器的压力传感灵敏度进行测试：使用力学测试平台对传感器施加不同大小的压力，同步测量输出电压信号，然后根据公式s＝δv/δp计算灵敏度大小，其中，δv为输出电压的变化值，δp为压强的变化值。
92.3、对各实施例和对比例制备的柔性压力传感器的自修复性能进行测试：对柔性压力传感器进行处理使其发生断裂，然后在断裂处涂抹少量去离子水，拼合断面后观察传感器是否重新愈合，待愈合传感器多余水分蒸发后，测量柔性压力传感器的传感灵敏度,并与自修复前的压力传感灵敏度进行对比。
93.测试结果如下表1所示。
94.表1
[0095][0096][0097]
由上述测试结果可知，本技术实施例中自修复水凝层作为具有表面微结构的压力传感层，能够为电解质层提供、保持水分的保水层，对柔性压力传感器的压力传感灵敏度和自修复性能有较大影响。通过实施例1和实施例2的测试结果对比可知，水凝胶pva质量分数增大后，压力传感灵敏度有所下降，这是因为水凝胶的弹性模量增大，不利于变形因此降低了灵敏度。通过实施例1和实施例3的测试结果对比可知，层叠结构的增多有利于增加形变空间进而提高压力传感灵敏度。通过实施例1和对比例2的测试结果对比可知，没有go电解质层的柔性压力传感器依靠自修复水凝胶层的离子传输能力也能实现压力传感，但其压力灵敏度因失去go的层状微结构有所降低。实施例1、实施例2、实施例3和对比例2因自修复水凝胶层的存在都可以实现自修复性能，且其压力传感灵敏度与自修复前几乎没有变化。而
对比例1因不存在自修复水凝胶层，一方面无法实现器件的自修复，另一方面无法对go电解质层提供水分子，脱水的go电解质层相当于介电层，不具备电解质性质，无法进行离子传输，因此也无法实现电位转换机制的压力传感。对比例3由于只有一层水凝胶，第二柔性电极没有与自修复水凝胶层紧密接触，没有完全包裹go电解质层，因此go电解质层无法保水，go电解质层容易脱水，相当于介电层，不具备电解质性质，无法进行离子传输，因此也无法实现电位转换机制的压力传感。同时也无法展现整个器件的自修复性能。
[0098]
以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。