磺化聚苯乙烯微球改性水凝胶导电应变传感性能的研究.pdfVIP

磺化聚苯乙烯微球改性水凝胶导电应变传

感性能的研究

摘要

随着人口的不断增长以及随之而来的与年龄相关的疾病的增加，软材料和传感器

在医疗保健领域的发展具有延长预期寿命和丰富下一代生活质量的巨大潜力。传感器

广泛应用于生活的方方面面。柔性传感器具有成本低、可穿戴、重量轻、结构简单等

特点，柔性可穿戴电子产品的设计也需要一种满足工程应用要求的传感器。这种产品

和设备通过检测外部信号的刺激，进而做出信号的响应。这种产品在实际应用中迅速

发展，致使其广泛应用于健康监测和人工智能的方面。柔性传感器需要高灵敏度和可

拉伸性。可穿戴传感器通过人体各种运动或者微小活动来监测人体健康情况。导电水

凝胶，由于其高含水量和优异的机械和可延伸性能，成为了柔性可穿戴传感器的优选

材料。导电水凝胶也成为火热的研究领域从而服务于柔性电子领域，在健康监测、运

动、医疗诊断、人机交互等应用中展现出巨大的发展潜力。

本文制备了聚苯乙烯（PS）微球并对其进行磺化改性，探究了其掺入水凝胶作为

柔性传感器的机械性能和传感性能。研究工作具体如下：

（1）将原料进行一系列预处理后采用分散聚合法制备聚苯乙烯微球，对合成工艺

和实验条件进行优化，探究PS微球尺寸、均一性、结构稳定性等问题。并后续采用传

统工艺对探究其磺化改性。通过结构表征手段如XRD、FT-IR、TG、SEM等验证磺酸

根的成功引入。

（2）将Fe3+、丙烯酸（AA）以及磺化聚苯乙烯（SPS）微球，以NaSO-APS之

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间的动态氧化还原反应活化过硫酸铵(APS)产生自由基，引发AA单体在短时间内快速

自由基聚合形成SPS/Fe3+/PAA水凝胶。Fe3+可与PAA的羧基形成金属配位作用，又可

与SPS上的磺酸基相结合，形成网络结构。制备的导电水凝胶具备高拉伸性（约

2170.70%的断裂伸长率），拉伸强度为98.9KPa、电导率为0.72S/m。基于SPS的人体

运动传感器具有高拉伸性能，表现出高灵敏度（灵敏因子~12.87）和较宽的检测范围

（0-500%），包括关节运动以及更微妙的人体运动（吞咽和语言）。

【关键词】：磺化聚苯乙烯微球；聚丙烯酸；导电水凝胶；柔性传感器；可穿戴

Studyontheconductivestrainsensing

propertiesofsulfonatedpolystyrene

microspheresmodifiedhydrogel

Abstract

Withtheexpandingpopulationandthesubsequentgrowthinprogressivedisorders,the

developmentofsoftmaterialsandsensorsinhealthcarehasgreatpotentialtoextendlife

expectancyandenrichthequalityoflifeofthenextgeneration.Sensorsaredevicesthatcapture

changesinenvironmentalparametersandconvertthemintoelectricalsignaloutputs,whichare

widelyusedinallaspectsoflife.Flexiblesensorsarecharacterisedbylowcost,wearability,

lightweightandsimplestructure,whichcanmeettherequirementsofengineeringapplications

Sensorsareconsideredtobe