本發(fā)明屬于電致變色凝膠，特別涉及一種全集成自供電電致變色凝膠應(yīng)變傳感器及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、應(yīng)變傳感器作為可穿戴設(shè)備的核心組成部分，經(jīng)精密設(shè)計(jì)，能夠?qū)θ梭w動(dòng)態(tài)、心率、脈搏等生理參數(shù)進(jìn)行持續(xù)且實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。然而，傳統(tǒng)應(yīng)變傳感器大多依賴于半導(dǎo)體和金屬材料，盡管這些材料在性能上具備顯著優(yōu)勢(shì)，但其較高的剛性以及有限的生物相容性嚴(yán)重限制了其在人體健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和進(jìn)一步發(fā)展。因此，開(kāi)發(fā)出具有柔性、便攜性及優(yōu)異生物相容性的創(chuàng)新型應(yīng)變傳感器，已成為當(dāng)前科研領(lǐng)域亟待攻克的關(guān)鍵難題。
2、基于獨(dú)特聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠材料，不僅展現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械柔性，還具備卓越的生物相容性，成為構(gòu)建先進(jìn)應(yīng)變傳感器的理想候選材料。但傳統(tǒng)的凝膠材料通常依賴體積較大的外部電源來(lái)來(lái)供電，這一局限性不僅阻礙了其普及，還在一定程度上限制了功能的拓展與發(fā)揮。
3、為解決上述問(wèn)題，黃等人開(kāi)展了相關(guān)研究，基于聚乙烯醇(pva)/聚丙烯酸酰胺-丙烯酸(pamaa)/甘油(gly)/氯化鈉(nacl)雙網(wǎng)絡(luò)離子有機(jī)水凝膠，制備出一種集成自供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)由應(yīng)變傳感器和柔性全固態(tài)超級(jí)電容器組成(j.huang,s.peng,j.gu,g.chen,j.gao,j.zhang,l.hou,x.yang,x.jiang,l.guan,self-powered?integrated?system?of?astrain?sensor?and?flexible?all-solid-state?supercapacitor?by?using?a?highperformance?ionic?organohydrogel,mater.horiz.7(8)(2020)2085-2096.)。盡管這一自供電系統(tǒng)成功解決了依賴大型外部電源供能的問(wèn)題，但仍存在一些不足之處。例如，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，包含較多層數(shù)，且在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，無(wú)法實(shí)時(shí)有效監(jiān)控外部電源的能量狀態(tài)。
4、針對(duì)這一問(wèn)題，開(kāi)發(fā)集成化、微型化且具備能量可視化功能的儲(chǔ)能系統(tǒng)，已成為提升應(yīng)變傳感器自供電能力、擺脫對(duì)外部電源依賴的關(guān)鍵技術(shù)路徑。這一技術(shù)突破有望推動(dòng)應(yīng)變傳感器向更加緊湊、便捷的方向發(fā)展，為智能健康監(jiān)測(cè)、可穿戴設(shè)備等前沿領(lǐng)域提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，同時(shí)也為人類(lèi)健康事業(yè)的持續(xù)進(jìn)步及智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種全集成自供電電致變色凝膠應(yīng)變傳感器。
2、本發(fā)明的另一目的在于提供上述全集成自供電電致變色凝膠應(yīng)變傳感器的應(yīng)用。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
3、一種全集成自供電電致變色凝膠應(yīng)變傳感器，包括一全固態(tài)超級(jí)電容器、一電流波動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置和一應(yīng)變傳感器，該全固態(tài)超級(jí)電容器通過(guò)一電化學(xué)工作站進(jìn)行充電，其中，
4、該全固態(tài)超級(jí)電容器包括二導(dǎo)電玻璃以及夾設(shè)于該二導(dǎo)電玻璃之間的電致變色凝膠，
5、該應(yīng)變傳感器包括二導(dǎo)電金屬箔以及夾設(shè)于該二導(dǎo)電金屬箔之間的電致變色凝膠，一導(dǎo)電玻璃通過(guò)一導(dǎo)線電連接一導(dǎo)電金屬箔，電流波動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置設(shè)于該導(dǎo)線上，
6、另一導(dǎo)電金屬箔通過(guò)另一一導(dǎo)線電連接另一導(dǎo)電玻璃，
7、該電致變色凝膠由丙烯酰胺單體、羧甲基纖維素溶液、n,n'-亞甲基雙丙烯酰胺、氯化鋰、偶氮二異丁腈、紫精衍生物和二茂鐵混合反應(yīng)制成；
8、該紫精衍生物的結(jié)構(gòu)式為
9、在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述電致變色凝膠的制備方法包括：將丙烯酰胺單體與2wt％羧甲基纖維素溶液按質(zhì)量比1:1.5的質(zhì)量比混合，接著加入n,n'-亞甲基雙丙烯酰胺、氯化鋰、偶氮二異丁腈、紫精衍生物和二茂鐵，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蟮谷肽＞咧校?0-100℃下反應(yīng)1.5-2h，即得。
10、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述2wt％羧甲基纖維素溶液的溶劑由dmso和h2o以3:2的體積比混合而成。
11、更進(jìn)一步優(yōu)選的，所述n,n'-亞甲基雙丙烯酰胺、氯化鋰和偶氮二異丁腈的質(zhì)量比為0.01-0.015:0.5-1.2:0.01。
12、再進(jìn)一步優(yōu)選的，所述紫精衍生物和二茂鐵的質(zhì)量比為8.8:1。
13、在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述導(dǎo)電玻璃的材質(zhì)為ito或fto。
14、在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述導(dǎo)電金屬箔的材質(zhì)為銅或鋅。
15、在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述電流波動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置包括電流表和萬(wàn)用表。
16、上述全集成自供電電致變色凝膠應(yīng)變傳感器在制備人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置中的用途。
17、一種人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，其具有上述全集成自供電電致變色凝膠應(yīng)變傳感器。
18、本發(fā)明的有益效果是：
19、1、本發(fā)明具有卓越的變色性能，在施加階躍電壓(-0.8v至2.2v)進(jìn)行循環(huán)測(cè)試并記錄其原位透過(guò)率光譜變化時(shí)，初始狀態(tài)下電致變色凝膠的透過(guò)率變化幅度可達(dá)到53.1％。經(jīng)過(guò)3500秒的持續(xù)操作后，透過(guò)率穩(wěn)定在42.6％，光學(xué)透過(guò)率保持在80％，充分展現(xiàn)了該材料在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性與高效性能。
20、2、本發(fā)明所制備的電致變色凝膠與導(dǎo)電玻璃組合構(gòu)成全固態(tài)超級(jí)電容器，該全固態(tài)超級(jí)電容器在經(jīng)過(guò)1900次循環(huán)后，仍能保持原始面電容的76.7％，并且?guī)靷愋史€(wěn)定保持在91％以上，展現(xiàn)出卓越的循環(huán)穩(wěn)定性。此外，該全固態(tài)超級(jí)電容器還具備為燈泡持續(xù)供電的能力，證明其在能量存儲(chǔ)和釋放方面具有優(yōu)異性能。
21、3、本發(fā)明將電致變色凝膠分別與導(dǎo)電玻璃組裝成全固態(tài)超級(jí)電容器，以及與導(dǎo)電金屬箔結(jié)合構(gòu)建應(yīng)變傳感器，成功實(shí)現(xiàn)了該材料的多功能應(yīng)用。通過(guò)將兩者集成，形成一個(gè)自供電的應(yīng)變傳感系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能夠?qū)崟r(shí)可視化電量變化，還能隨時(shí)監(jiān)測(cè)人體運(yùn)動(dòng)，兼具高便攜性與功能性。
1.一種全集成自供電電致變色凝膠應(yīng)變傳感器，其特征在于：包括一全固態(tài)超級(jí)電容器、一電流波動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置和一應(yīng)變傳感器，該全固態(tài)超級(jí)電容器通過(guò)一電化學(xué)工作站進(jìn)行充電，其中，
2.如權(quán)利要求1所述的一種全集成自供電電致變色凝膠應(yīng)變傳感器，其特征在于：所述電致變色凝膠的制備方法包括：將丙烯酰胺單體與2wt％羧甲基纖維素溶液按質(zhì)量比1:1.5的質(zhì)量比混合，接著加入n,n'-亞甲基雙丙烯酰胺、氯化鋰、偶氮二異丁腈、紫精衍生物和二茂鐵，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蟮谷肽＞咧?，?0-100℃下反應(yīng)1.5-2h，即得。
3.如權(quán)利要求2所述的一種全集成自供電電致變色凝膠應(yīng)變傳感器，其特征在于：所述2wt％羧甲基纖維素溶液的溶劑由dms和h2o以3:2的體積比混合而成。
4.如權(quán)利要求3所述的一種全集成自供電電致變色凝膠應(yīng)變傳感器，其特征在于：所述n,n'-亞甲基雙丙烯酰胺、氯化鋰和偶氮二異丁腈的質(zhì)量比為0.01-0.015:0.5-1.2:0.01。
5.如權(quán)利要求4所述的一種全集成自供電電致變色凝膠應(yīng)變傳感器，其特征在于：所述紫精衍生物和二茂鐵的質(zhì)量比為8.8:1。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的一種全集成自供電電致變色凝膠應(yīng)變傳感器，其特征在于：所述導(dǎo)電玻璃的材質(zhì)為ito或fto。
7.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的一種全集成自供電電致變色凝膠應(yīng)變傳感器，其特征在于：所述導(dǎo)電金屬箔的材質(zhì)為銅或鋅。
8.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的一種全集成自供電電致變色凝膠應(yīng)變傳感器，其特征在于：所述電流波動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置包括電流表和萬(wàn)用表。
9.權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的一種全集成自供電電致變色凝膠應(yīng)變傳感器在制備人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置中的用途。
10.一種人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于：其具有權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的全集成自供電電致變色凝膠應(yīng)變傳感器。