一种自驱动水凝胶离子式压力传感器及其制作方法

技术特征：
1.一种自驱动水凝胶离子式压力传感器，其特征在于，包括：传感模块和检测模块，传感模块将由压力引发的离子移动转换成可用输出电信号，与检测模块相连接形成工作电路，完成检测工作，其中：所述传感模块包括从上至下依次排布的上部密封层，上部电极层，聚阳离子水凝胶，多孔水凝胶薄膜层，聚阴离子水凝胶，下部电极层，下部密封层，所述上部电极层和下部电极层通过导线与检测模块连接；所述检测模块包括依次连接的扫描电路、信号采集电路、信号传输电路和信号处理器。2.根据权利要求1所述的自驱动水凝胶离子式压力传感器，其特征在于，所述上部密封层和所述下部密封层均采用pdms。3.根据权利要求1所述的自驱动水凝胶离子式压力传感器，其特征在于，所述上部电极层与下部电极层的电极条均使用纳米压印技术加工，所述上部电极层的电极条贴附在所述上部密封层的下方，所述下部电极层的电极条贴附在所述下部密封层的上方。4.根据权利要求3所述的自驱动水凝胶离子式压力传感器，其特征在于，所述上部电极层包括多条等距阵列排布的横向电极条，所述下部电极层包括多条等距阵列排布的纵向电极条，横向电极条与纵向电极条形成垂直交叉点，所述检测模块用于检测每个垂直交叉点处的电压变化值，将电流信号进行处理。5.根据权利要求3所述的自驱动水凝胶离子式压力传感器，其特征在于，通过增加所述上部电极层和所述下部电极层的电极条数量，进而增加所述上部电极层和所述下部电极层的垂直交叉点，从而使得测量到的压力分布信息精确，用于调节传感器量程。6.根据权利要求1所述的自驱动水凝胶离子式压力传感器，其特征在于，所述聚阳离子水凝胶和所述聚阴离子水凝胶皆为双网络水凝胶，所述聚阳离子水凝胶内部包括自由移动的阳离子，聚阴离子水凝胶内部包括自由移动的阴离子。7.根据权利要求1所述的自驱动水凝胶离子式压力传感器，其特征在于，所述多孔水凝胶薄膜层设置在所述聚阳离子水凝胶和所述聚阴离子水凝胶之间，且所述聚阳离子水凝胶和所述聚阴离子水凝胶通过多孔水凝胶薄膜层连接在一起，所述多孔水凝胶薄膜层为多孔结构，具有整流离子传输特性。8.一种基于权利要求1-7中任意一项权利要求所述自驱动水凝胶离子式压力传感器的制作方法，其特征在于，包括：步骤1、将琼脂、am、mba、聚苯乙烯磺酸钠以一定浓度溶解在去离子水中；步骤2、将溶解后的溶液放入磁力搅拌器，并将温度设置在90℃，混合搅拌2小时；步骤3、将获得的澄清溶液真空脱气，注射到由硅酮片隔开的两个有机玻璃板中，在4℃下冷却30分钟；步骤4、将有机玻璃模具转移到强度为22.4mw/cm2紫外灯下进行13分钟的光聚合，引发am的聚合，得到聚阳离子水凝胶；步骤5、采用与步骤4同样的方法，制备聚二烯丙基二甲基氯化铵得到聚阴离子水凝胶；步骤6、将水凝胶从有机玻璃模具中取出，用石蜡薄膜覆盖，用于测试；步骤7、将两种水凝胶模制为长10cm,宽6cm，厚度为3mm的薄膜作为传感器部件；步骤8、利用激光干涉光刻技术制备纳米压印的硅模板，为两个长10cm，宽6cm厚度为3mm的模具，其上部带有等间距的电极条结构；
步骤9、用pdms做衬底，其上部加入pedot:pss做基体，将模板与基体接触并进行精确压印定型，以150℃加热20分钟，后在120℃下整体退火半小时，脱模，将模板分离；步骤10、将两种材料通过多孔水凝胶薄膜分离，再分别将密封层贴附在聚阳离子水凝胶层和聚阴离子水凝胶层，制备得到自驱动水凝胶离子式压力传感器。

技术总结
本发明提供一种自驱动水凝胶离子式压力传感器及其制作方法。本发明压力传感器，包括：传感模块和检测模块，传感模块将由压力引发的离子移动转换成可用输出电信号，与检测模块相连接形成工作电路，完成检测工作，其中：传感模块包括从上至下依次排布的上部密封层，上部电极层，聚阳离子水凝胶，多孔水凝胶薄膜层，聚阴离子水凝胶，下部电极层，下部密封层，上部电极层和下部电极层通过导线与检测模块连接；检测模块包括依次连接的扫描电路、信号采集电路、信号传输电路和信号处理器。本发明自驱动水凝胶离子式压力传感器，能够有效完成检测工作，其机械性能强大，灵敏精确，可以成功应用于传感、软机器人和智能穿戴设备等方面。软机器人和智能穿戴设备等方面。软机器人和智能穿戴设备等方面。


技术研发人员：李梦琪 郑智峰 胡利德 江瑞
受保护的技术使用者：大连海事大学
技术研发日：2022.11.08
技术公布日：2023/2/3