一种水凝胶柔性应变传感器及其制备方法

本发明属于高分子水凝胶技术领域，具体地说，涉及一种高拉伸和高灵敏度水凝胶柔性应变传感器的制备方法。

背景技术：

近年来，随着物联网、人工智能等技术的日益成熟，柔性可穿戴设备得到迅速发展，对柔性传感器的需求日益增多，特别是需要具有高拉伸性的、延展性的以及高灵敏度等优异性能的传感器。柔性传感器可广泛应用在人体健康监测、人体运动监测、人机交互等领域。其中，柔性传感器中的应变传感器作为一种基础的传感器，得到广泛应用。通常，柔性应变传感器可以基于不同的材料，但不同材料在力学、电学等性能上各有优劣，难以同时实现高拉伸性和高灵敏度。

传统的柔性传感器多基于石墨烯、导电聚合物、金属等材料，这类材料本身的拉伸性能有限，难以适应高应变的要求。水凝胶是由天然或合成材料形成的三维交联聚合物网络，具有许多优异的性能，是制作新一代柔性传感器的理想选择。然而，要实现其大规模的应用，仍然存在着挑战。首先，大多数水凝胶不具有本征导电性，需要适当地将导电能力引入水凝胶中。其次，传统水凝胶的力学性能较差，需要对其进行改进，以适应实际应用的需要。此外，灵敏度也是一个关键因素，应使水凝胶在具有优异的机械性能的同时，具有良好的导电性。同时，目前的大部分水凝胶缺少自粘性，不能与皮肤、心脏或其他组织更好地粘合，极大限制了其在人体关节运动中应用。因此寻求一种具有良好粘附性、具有优异力学性能和导电性的水凝胶是一亟待解决的问题。

中国专利（cn112212779a）描述了一种水凝胶柔性应变传感器，该水凝胶以氯化胆碱基低共熔溶剂为原料，结合聚乙烯醇高分子聚合物制备获得双网络水凝胶，通过添加纤维素纳米晶及石墨类氮化碳纳米片获得优异自修复特性、抗冻性、强拉伸性的特性。所制备的水凝胶柔性应变传感器具有自修复性、可拉伸性的优点，具有良好的灵敏性和宽广的线性检测范围。其断裂应变为1600%，灵敏度参数为0.55。

中国专利（cn111234112a）描述了一种水凝胶应变传感器，该水凝胶为k型卡拉胶双网络，修饰乙二醇后得到具备热修复性、抗冻性、可拉伸性的柔性应变传感器。该传感器具有灵敏度高、检测范围广、相应速度快等优异性能，并可通过调节水凝胶在乙二醇中的浸泡时间调整水凝胶传感器的韧性和弹性模量。其断裂应变为850%，灵敏度参数为0.8。

中国专利（cn111320768a）描述了一种水凝胶应变传感器。该水凝胶利用超分子聚合物聚n-丙烯酰基甘氨酰胺分子侧链密集的双氢键物理交联形成高强度的水凝胶，与导电介质氯化锂复合，采用一步溶胶-凝胶法原位制备高强度、高透明度的离子导电水凝胶，可用于拉伸应变和压缩应力的检测。其断裂应变为1000%，未提及灵敏度参数。

目前报道的水凝胶柔性传感器普遍存在拉伸率低、灵敏度低等问题，这使其很难在剧烈人体运动中的监测中应用。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的问题而提一种高拉伸和高灵敏度的水凝胶柔性应变传感器的制备方法，制得的水凝胶应变传感器具有高拉伸性、高灵敏度以及可粘附性，可直接附着在人体皮肤上，实现微小或大幅度的人体运动的实时监测。

为解决上述问题，本发明的技术方案是：

一种水凝胶柔性应变传感器的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将单体丙烯酰胺、氯化钙、酪蛋白酸钠、聚多巴胺溶液混合溶于去离子水中溶解得到混合溶液；单体丙烯酰胺、氯化钙和酪蛋白酸钠的质量比为400：10-80：50-150；单体丙烯酰胺、聚多巴胺溶液的质量体积比为400：100-500g/ml；聚多巴胺溶液与去离子水的体积比为100-500：1500-1900；

步骤二、混合溶液中加入化学交联剂n,n’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌后，再加入单层氧化石墨烯分散液，室温条件下搅拌得到预聚合溶液，搅拌时间为25-40分钟；单体丙烯酰胺与n,n’-亚甲基双丙烯酰胺的质量比400：0.1-0.3；单体丙烯酰胺与单层氧化石墨烯分散液的质量体积比为400：200g/ml；单层氧化石墨烯分散液的质量浓度为2mg/ml；

步骤三、向预聚合溶液中加入引发剂和催化剂，室温条件下搅拌1-5分钟，得到聚合溶液；单体丙烯酰胺和引发剂的质量比为400：5；单体丙烯酰胺与催化剂的质量体积比为400：5g/ml；

步骤四、将聚合溶液注入反应模具，然后于20-60℃反应1-2h得到水凝胶；

步骤五、将水凝胶清洁并干燥，安装导电铜电极，封装成柔性应变传感器。

进一步的改进，所述单体丙烯酰胺、氯化钙、酪蛋白酸钠的质量比为400：35：100；单体丙烯酰胺与聚多巴胺溶液的质量体积比为400：300g/ml；聚多巴胺溶液与去离子水的体积比300：1700。

进一步的改进，所述化学交联剂为n,n’-亚甲基双丙烯酰胺；引发剂为过硫酸钾；催化剂为四甲基乙二胺。

进一步的改进，所述单层氧化石墨烯分散液的浓度为2mg/ml。

进一步的改进，所述单体丙烯酰胺与n,n’-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为400:0.2；单体丙烯酰胺与单层氧化石墨烯分散液质量体积比为400：200g/ml。

进一步的改进，所单层氧化石墨烯分散液的制备方法如下：采用hummers法制备单层氧化石墨烯粉末，然后称量氧化石墨烯粉末，分散在去离子水中，进行超声分散，超声功率为100w，超声20min，超声温度控制在25℃以下，得到最终浓度为2mg/ml的单层氧化石墨烯分散液，将分散液放入4℃冰箱中冷藏待用。

进一步的改进，所述聚多巴胺溶液的制备方法如下：将多巴胺盐酸盐溶于去离子水中，用玻璃棒搅拌至完全溶解得到多巴胺盐酸盐水溶液，多巴胺盐酸盐与去离子水的质量体积比为0.5:10g/ml；然后，将乙醇和25-28%的氨水溶液与去离子水混合，室温下磁力搅拌30min，再注入多巴胺盐酸盐水溶液中，反应持续24h，得到聚多巴胺溶液，其中去离子水、乙醇和氨水溶液的体积比为90:40:1。也可通过在加热条件60℃、高速搅拌条件300r/min下剧烈搅拌0.5h，以加速多巴胺的聚合。

上述水凝胶柔性应变传感器的制备方法制得的水凝胶柔性应变传感器。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1.本发明通过简单自由基聚合法制备了一种高拉伸和高灵敏度的水凝胶柔性应变传感器，具有自粘性好、拉伸性高、灵敏度较高等特点；

2.本发明所制备的水凝胶应变传感器可直接附着在人体皮肤上，以检测或监测人体相关的生理信号。

附图说明

图1为实施例1所述方法得到的水凝胶应变传感器的拉伸测试图。

图2为实施例1所述方法得到的水凝胶应变传感器在不同应变程度中的电阻变化图。

图3为实施例1所述方法得到的水凝胶应变传感器在不同应变程度中电阻相对于应变程度的响应曲线图。

图4为实施例1所述方法得到的水凝胶应变传感器的的灵敏度测试图。

图5为实施例1所述方法得到的水凝胶应变传感器在小应变和大应变程度中电阻相对于时间的关系曲线。

图6为实施例1所述方法得到的水凝胶应变传感器的稳定性测试图。

图7为实施例1所述方法得到的水凝胶应变传感器的加载-卸载曲线。

图8为实施例1所述方法得到的水凝胶应变传感器的电阻相对于应变程度的响应曲线。

图9实施例1所述方法得到的水凝胶应变传感器在不同拉伸速度下的相对电阻变化。

图10为实施例1所述方法得到的水凝胶应变传感器疲劳测试曲线。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

一种水凝胶柔性应变传感器的制备方法，包括如下步骤：

水凝胶柔性应变传感器的制备：

a.聚多巴胺的合成：

将0.5g多巴胺盐酸盐盐溶于10ml去离子水中，用玻璃棒搅拌至完全溶解。然后，将40ml乙醇和1ml氨水溶液（25-28%）与90ml去离子水混合，室温下磁力搅拌30min，缓慢注入上述溶液中，混合溶液的颜色变成淡棕色，并逐渐变成深棕色，反应持续24h，得到聚多巴胺溶液。也可通过在加热条件60℃、高速搅拌条件300r/min下剧烈搅拌0.5h，以加速多巴胺的聚合；

b.氧化石墨烯分散液的制备

采用hummers法制备单层氧化石墨烯粉末。制备完成后，称量20mg氧化石墨烯粉末，分散在10ml去离子水中，进行超声分散，超声功率为100w，超声20min，超声温度需控制在25℃以下，最终得到浓度为2mg/ml的单层氧化石墨烯分散液，将分散液放入4℃冰箱中冷藏待用；

c.水凝胶柔性应变传感器的制备：

（1）将4g单体丙烯酰胺、0.35g氯化钙、1g酪蛋白酸钠、3ml聚多巴胺混合溶于17ml去离子水中，在40℃条件下进行水浴磁力搅拌至完全溶解；

（2）向步骤（1）所得溶液中加入0.002g化学交联剂n,n’-亚甲基双丙烯酰胺，稍微搅拌后，加入2ml浓度为2mg/ml的单层氧化石墨烯分散液，室温条件下磁力搅拌30分钟；

（3）向步骤（2）所得溶液中加入0.05g引发剂过硫酸钾和50μl催化剂四甲基乙二胺，室温条件下磁力搅拌2分钟；

（4）将配置好的溶液直接注入反应模具（40×20×6mm³），并置于40℃的烘箱中反应2h，通过简单自由基聚合方式得到水凝胶；

（5）将水凝胶清洁并干燥，安装导电铜电极，封装成柔性应变传感器。

其中，引发剂和催化剂的用量不宜更改，以免导致水凝胶难以凝聚或凝聚过快。

将上述实施例1制备得到的水凝胶柔性应变传感器进行相关的性能测试。测试结果表明，该实施例所述方法得到的水凝胶应变传感器的断裂应变可高达10000%，在应变范围1500%-4800%内，灵敏度为13.45。灵敏度计算公式为：gf=(δr/r0)/ε，其中，gf为灵敏系数，ε为应变变化，δr为电阻变化量，r0为初始电阻。

实施例2

a.聚多巴胺的合成：

将0.5g多巴胺盐酸盐盐溶于10ml去离子水中，用玻璃棒搅拌至完全溶解。然后，将40ml乙醇和1ml氨水溶液（25-28%）与90ml去离子水混合，室温下磁力搅拌30min，缓慢注入上述溶液中，混合溶液的颜色变成淡棕色，并逐渐变成深棕色，反应持续24h，得到聚多巴胺溶液。也可通过在加热条件60℃、高速搅拌条件300r/min下剧烈搅拌0.5h，以加速多巴胺的聚合；

b.氧化石墨烯分散液的制备

采用hummers法制备单层氧化石墨烯粉末。制备完成后，称量20mg氧化石墨烯粉末，分散在10ml去离子水中，进行超声分散，超声功率为100w，超声20min，超声温度需控制在25℃以下，最终得到浓度为2mg/ml的单层氧化石墨烯分散液，将分散液放入4℃冰箱中冷藏待用；

c.水凝胶柔性应变传感器的制备：

（1）将4g单体丙烯酰胺、0.10g氯化钙、1g酪蛋白酸钠、3ml聚多巴胺混合溶于17ml去离子水中，在40℃条件下进行水浴磁力搅拌至完全溶解；

（2）向步骤（1）所得溶液中加入0.002g化学交联剂n,n’-亚甲基双丙烯酰胺，稍微搅拌后，加入2ml浓度为2mg/ml的单层氧化石墨烯分散液，室温条件下磁力搅拌30分钟；

（3）向步骤（2）所得溶液中加入0.05g引发剂过硫酸钾和50μl催化剂四甲基乙二胺，室温条件下磁力搅拌2分钟；

（4）将配置好的溶液直接注入反应模具（40×20×6mm3），并置于40℃的烘箱中反应2h，通过简单自由基聚合方式得到水凝胶；

（5）将水凝胶清洁并干燥，安装导电铜电极，封装成柔性应变传感器；

将上述实施例2制备得到的水凝胶进行相关的性能测定。测试结果表明，该实施例所述方法得到的水凝胶应变传感器的断裂应变为4600%，在应变大于1500%时，其灵敏度为12.3。灵敏度计算公式为：gf=(δr/r0)/ε，其中，gf为灵敏系数，ε为应变变化，δr为电阻变化量，r0为初始电阻。

实施例3

a.聚多巴胺的合成：

将0.5g多巴胺盐酸盐盐溶于10ml去离子水中，用玻璃棒搅拌至完全溶解。然后，将40ml乙醇和1ml氨水溶液（25-28%）与90ml去离子水混合，室温下磁力搅拌30min，缓慢注入上述溶液中，混合溶液的颜色变成淡棕色，并逐渐变成深棕色，反应持续24h，得到聚多巴胺溶液。也可通过在加热条件60℃、高速搅拌条件300r/min下剧烈搅拌0.5h，以加速多巴胺的聚合；

b.氧化石墨烯分散液的制备

采用hummers法制备单层氧化石墨烯粉末。制备完成后，称量20mg氧化石墨烯粉末，分散在10ml去离子水中，进行超声分散，超声功率为100w，超声20min，超声温度需控制在25℃以下，最终得到浓度为2mg/ml的单层氧化石墨烯分散液，将分散液放入4℃冰箱中冷藏待用；

c.水凝胶柔性应变传感器的制备：

（1）将4g单体丙烯酰胺、0.80g氯化钙、1g酪蛋白酸钠、3ml聚多巴胺混合溶于17ml去离子水中，在40℃条件下进行水浴磁力搅拌至完全溶解；

（2）向步骤（1）所得溶液中加入0.002g化学交联剂n,n’-亚甲基双丙烯酰胺，稍微搅拌后，加入2ml浓度为2mg/ml的单层氧化石墨烯分散液，室温条件下磁力搅拌30分钟；

（3）向步骤（2）所得溶液中加入0.05g引发剂过硫酸钾和50μl催化剂四甲基乙二胺，室温条件下磁力搅拌2分钟；

（4）将配置好的溶液直接注入反应模具（40×20×6mm3），并置于40℃的烘箱中反应2h，通过简单自由基聚合方式得到水凝胶；

（5）将水凝胶清洁并干燥，安装导电铜电极，封装成柔性应变传感器。

将上述实施例3制备得到的水凝胶进行相关的性能测定。测试结果表明，该实施例所述方法得到的水凝胶应变传感器的断裂应变为4000%，在应变大于1500%时，其灵敏度为9.17。灵敏度计算公式为：gf=(δr/r0)/ε，其中，gf为灵敏系数，ε为应变变化，δr为电阻变化量，r0为初始电阻。

实施例4

a.聚多巴胺的合成：

将0.5g多巴胺盐酸盐盐溶于10ml去离子水中，用玻璃棒搅拌至完全溶解。然后，将40ml乙醇和1ml氨水溶液（25-28%）与90ml去离子水混合，室温下磁力搅拌30min，缓慢注入上述溶液中，混合溶液的颜色变成淡棕色，并逐渐变成深棕色，反应持续24h，得到聚多巴胺溶液。也可通过在加热条件60℃、高速搅拌条件300r/min下剧烈搅拌0.5h，以加速多巴胺的聚合；

b.氧化石墨烯分散液的制备

采用hummers法制备单层氧化石墨烯粉末。制备完成后，称量20mg氧化石墨烯粉末，分散在10ml去离子水中，进行超声分散，超声功率为100w，超声20min，超声温度需控制在25℃以下，最终得到浓度为2mg/ml的单层氧化石墨烯分散液，将分散液放入4℃冰箱中冷藏待用；

c.水凝胶柔性应变传感器的制备：

（1）将4g单体丙烯酰胺、0.35g氯化钙、1g酪蛋白酸钠、3ml聚多巴胺混合溶于17ml去离子水中，在40℃条件下进行水浴磁力搅拌至完全溶解；

（2）向步骤（1）所得溶液中加入0.002g化学交联剂n,n’-亚甲基双丙烯酰胺，稍微搅拌后，加入1ml浓度为2mg/ml的单层氧化石墨烯分散液，室温条件下磁力搅拌30分钟；

（3）向步骤（2）所得溶液中加入0.05g引发剂过硫酸钾和50μl催化剂四甲基乙二胺，室温条件下磁力搅拌2分钟；

（4）将配置好的溶液直接注入反应模具（40×20×6mm³），并置于40℃的烘箱中反应2h，通过简单自由基聚合方式得到水凝胶；

（5）将水凝胶清洁并干燥，安装导电铜电极，封装成柔性应变传感器。

将上述实施例4制备得到的水凝胶进行相关的性能测定。测试结果表明，该实施例所述方法得到的水凝胶应变传感器的断裂应变为3800%，在应变大于1500%时，其灵敏度为12.72。灵敏度计算公式为：gf=(δr/r0)/ε，其中，gf为灵敏系数，ε为应变变化，δr为电阻变化量，r0为初始电阻。

实施例5

a.聚多巴胺的合成：

将0.5g多巴胺盐酸盐盐溶于10ml去离子水中，用玻璃棒搅拌至完全溶解。然后，将40ml乙醇和1ml氨水溶液（25-28%）与90ml去离子水混合，室温下磁力搅拌30min，缓慢注入上述溶液中，混合溶液的颜色变成淡棕色，并逐渐变成深棕色，反应持续24h，得到聚多巴胺溶液。也可通过在加热条件60℃、高速搅拌条件300r/min下剧烈搅拌0.5h，以加速多巴胺的聚合；

b.氧化石墨烯分散液的制备

采用hummers法制备单层氧化石墨烯粉末。制备完成后，称量20mg氧化石墨烯粉末，分散在10ml去离子水中，进行超声分散，超声功率为100w，超声20min，超声温度需控制在25℃以下，最终得到浓度为2mg/ml的单层氧化石墨烯分散液，将分散液放入4℃冰箱中冷藏待用；

c.水凝胶柔性应变传感器的制备：

（1）将4g单体丙烯酰胺、0.35g氯化钙、1g酪蛋白酸钠、3ml聚多巴胺混合溶于17ml去离子水中，在40℃条件下进行水浴磁力搅拌至完全溶解；

（2）向步骤（1）所得溶液中加入0.002g化学交联剂n,n’-亚甲基双丙烯酰胺，稍微搅拌后，加入4ml浓度为2mg/ml的单层氧化石墨烯分散液，室温条件下磁力搅拌30分钟；

（3）向步骤（2）所得溶液中加入0.05g引发剂过硫酸钾和50μl催化剂四甲基乙二胺，室温条件下磁力搅拌2分钟；

（4）将配置好的溶液直接注入反应模具（40×20×6mm³），并置于40℃的烘箱中反应2h，通过简单自由基聚合方式得到水凝胶；

（5）将水凝胶清洁并干燥，安装导电铜电极，封装成柔性应变传感器；

将上述实施例5制备得到的水凝胶进行相关的性能测定。测试结果表明，该实施例所述方法得到的水凝胶应变传感器的断裂应变为4400%，在应变大于1500%时，其灵敏度为9.92。灵敏度计算公式为：gf=(δr/r0)/ε，其中，gf为灵敏系数，ε为应变变化，δr为电阻变化量，r0为初始电阻。

实施例6

a.聚多巴胺的合成：

将0.5g多巴胺盐酸盐盐溶于10ml去离子水中，用玻璃棒搅拌至完全溶解。然后，将40ml乙醇和1ml氨水溶液（25-28%）与90ml去离子水混合，室温下磁力搅拌30min，缓慢注入上述溶液中，混合溶液的颜色变成淡棕色，并逐渐变成深棕色，反应持续24h，得到聚多巴胺溶液。也可通过在加热条件60℃、高速搅拌条件300r/min下剧烈搅拌0.5h，以加速多巴胺的聚合；

b.氧化石墨烯分散液的制备

采用hummers法制备单层氧化石墨烯粉末。制备完成后，称量20mg氧化石墨烯粉末，分散在10ml去离子水中，进行超声分散，超声功率为100w，超声20min，超声温度需控制在25℃以下，最终得到浓度为2mg/ml的单层氧化石墨烯分散液，将分散液放入4℃冰箱中冷藏待用；

c.水凝胶柔性应变传感器的制备：

（1）将4g单体丙烯酰胺、0.35g氯化钙、1g酪蛋白酸钠、1ml聚多巴胺混合溶于19ml去离子水中，在40℃条件下进行水浴磁力搅拌至完全溶解；

（2）向步骤（1）所得溶液中加入0.002g化学交联剂n,n’-亚甲基双丙烯酰胺，稍微搅拌后，加入2ml浓度为2mg/ml的单层氧化石墨烯分散液，室温条件下磁力搅拌30分钟；

（3）向步骤（2）所得溶液中加入0.05g引发剂过硫酸钾和50μl催化剂四甲基乙二胺，室温条件下磁力搅拌2分钟；

（4）将配置好的溶液直接注入反应模具（40×20×6mm³），并置于40℃的烘箱中反应2h，通过简单自由基聚合方式得到水凝胶；

（5）将水凝胶清洁并干燥，安装导电铜电极，封装成柔性应变传感器。

将上述实施例6制备得到的水凝胶进行相关的性能测定。测试结果表明，该实施例所述方法得到的水凝胶应变传感器的断裂应变为4600%，在应变大于1500%时，其灵敏度为9.98。灵敏度计算公式为：gf=(δr/r0)/ε，其中，gf为灵敏系数，ε为应变变化，δr为电阻变化量，r0为初始电阻。

实施例7

a.聚多巴胺的合成：

将0.5g多巴胺盐酸盐盐溶于10ml去离子水中，用玻璃棒搅拌至完全溶解。然后，将40ml乙醇和1ml氨水溶液（25-28%）与90ml去离子水混合，室温下磁力搅拌30min，缓慢注入上述溶液中，混合溶液的颜色变成淡棕色，并逐渐变成深棕色，反应持续24h，得到聚多巴胺溶液。也可通过在加热条件60℃、高速搅拌条件300r/min下剧烈搅拌0.5h，以加速多巴胺的聚合；

b.氧化石墨烯分散液的制备

采用hummers法制备单层氧化石墨烯粉末。制备完成后，称量20mg氧化石墨烯粉末，分散在10ml去离子水中，进行超声分散，超声功率为100w，超声20min，超声温度需控制在25℃以下，最终得到浓度为2mg/ml的单层氧化石墨烯分散液，将分散液放入4℃冰箱中冷藏待用；

c.水凝胶柔性应变传感器的制备：

（1）将4g单体丙烯酰胺、0.35g氯化钙、1g酪蛋白酸钠、5ml聚多巴胺混合溶于15ml去离子水中，在40℃条件下进行水浴磁力搅拌至完全溶解；

（2）向步骤（1）所得溶液中加入0.002g化学交联剂n,n’-亚甲基双丙烯酰胺，稍微搅拌后，加入2ml浓度为2mg/ml的单层氧化石墨烯分散液，室温条件下磁力搅拌30分钟；

（3）向步骤（2）所得溶液中加入0.05g引发剂过硫酸钾和50μl催化剂四甲基乙二胺，室温条件下磁力搅拌2分钟；

（4）将配置好的溶液直接注入反应模具（40×20×6mm³），并置于40℃的烘箱中反应2h，通过简单自由基聚合方式得到水凝胶；

（5）将水凝胶清洁并干燥，安装导电铜电极，封装成柔性应变传感器。

将上述实施例7制备得到的水凝胶进行相关的性能测定。测试结果表明，该实施例所述方法得到的水凝胶应变传感器的断裂应变为4700%，在应变大于1500%时，其灵敏度为12.89。灵敏度计算公式为：gf=(δr/r0)/ε，其中，gf为灵敏系数，ε为应变变化，δr为电阻变化量，r0为初始电阻。

实施例8

a.聚多巴胺的合成：

将0.5g多巴胺盐酸盐盐溶于10ml去离子水中，用玻璃棒搅拌至完全溶解。然后，将40ml乙醇和1ml氨水溶液（25-28%）与90ml去离子水混合，室温下磁力搅拌30min，缓慢注入上述溶液中，混合溶液的颜色变成淡棕色，并逐渐变成深棕色，反应持续24h，得到聚多巴胺溶液。也可通过在加热条件60℃、高速搅拌条件300r/min下剧烈搅拌0.5h，以加速多巴胺的聚合；

b.氧化石墨烯分散液的制备

采用hummers法制备单层氧化石墨烯粉末。制备完成后，称量20mg氧化石墨烯粉末，分散在10ml去离子水中，进行超声分散，超声功率为100w，超声20min，超声温度需控制在25℃以下，最终得到浓度为2mg/ml的单层氧化石墨烯分散液，将分散液放入4℃冰箱中冷藏待用；

c.水凝胶柔性应变传感器的制备：

（1）将4g单体丙烯酰胺、0.35g氯化钙、0.5g酪蛋白酸钠、3ml聚多巴胺混合溶于17ml去离子水中，在40℃条件下进行水浴磁力搅拌至完全溶解；

（2）向步骤（1）所得溶液中加入0.002g化学交联剂n,n’-亚甲基双丙烯酰胺，稍微搅拌后，加入2ml浓度为2mg/ml的单层氧化石墨烯分散液，室温条件下磁力搅拌30分钟；

（3）向步骤（2）所得溶液中加入0.05g引发剂过硫酸钾和50μl催化剂四甲基乙二胺，室温条件下磁力搅拌2分钟；

（4）将配置好的溶液直接注入反应模具（40×20×6mm³），并置于40℃的烘箱中反应2h，通过简单自由基聚合方式得到水凝胶；

（5）将水凝胶清洁并干燥，安装导电铜电极，封装成柔性应变传感器。

将上述实施例8制备得到的水凝胶进行相关的性能测定。测试结果表明，该实施例所述方法得到的水凝胶应变传感器的断裂应变为4400%，在应变大于1500%时，其灵敏度为8.99。灵敏度计算公式为：gf=(δr/r0)/ε，其中，gf为灵敏系数，ε为应变变化，δr为电阻变化量，r0为初始电阻。

实施例9

a.聚多巴胺的合成：

将0.5g多巴胺盐酸盐盐溶于10ml去离子水中，用玻璃棒搅拌至完全溶解。然后，将40ml乙醇和1ml氨水溶液（25-28%）与90ml去离子水混合，室温下磁力搅拌30min，缓慢注入上述溶液中，混合溶液的颜色变成淡棕色，并逐渐变成深棕色，反应持续24h，得到聚多巴胺溶液。也可通过在加热条件60℃、高速搅拌条件300r/min下剧烈搅拌0.5h，以加速多巴胺的聚合；

b.氧化石墨烯分散液的制备

采用hummers法制备单层氧化石墨烯粉末。制备完成后，称量20mg氧化石墨烯粉末，分散在10ml去离子水中，进行超声分散，超声功率为100w，超声20min，超声温度需控制在25℃以下，最终得到浓度为2mg/ml的单层氧化石墨烯分散液，将分散液放入4℃冰箱中冷藏待用；

c.水凝胶柔性应变传感器的制备：

（1）将4g单体丙烯酰胺、0.35g氯化钙、1.5g酪蛋白酸钠、3ml聚多巴胺混合溶于17ml去离子水中，在40℃条件下进行水浴磁力搅拌至完全溶解；

（2）向步骤（1）所得溶液中加入0.002g化学交联剂n,n’-亚甲基双丙烯酰胺，稍微搅拌后，加入2ml浓度为2mg/ml的单层氧化石墨烯分散液，室温条件下磁力搅拌30分钟；

（3）向步骤（2）所得溶液中加入0.05g引发剂过硫酸钾和50μl催化剂四甲基乙二胺，室温条件下磁力搅拌2分钟；

（4）将配置好的溶液直接注入反应模具（40×20×6mm³），并置于40℃的烘箱中反应2h，通过简单自由基聚合方式得到水凝胶；

（5）将水凝胶清洁并干燥，安装导电铜电极，封装成柔性应变传感器。

将上述实施例9制备得到的水凝胶进行相关的性能测定。测试结果表明，该实施例所述方法得到的水凝胶应变传感器的断裂应变为4900%，在应变大于1500%时，其灵敏度为7.03。灵敏度计算公式为：gf=(δr/r0)/ε，其中，gf为灵敏系数，ε为应变变化，δr为电阻变化量，r0为初始电阻。

实施例10

a.聚多巴胺的合成：

将0.5g多巴胺盐酸盐盐溶于10ml去离子水中，用玻璃棒搅拌至完全溶解。然后，将40ml乙醇和1ml氨水溶液（25-28%）与90ml去离子水混合，室温下磁力搅拌30min，缓慢注入上述溶液中，混合溶液的颜色变成淡棕色，并逐渐变成深棕色，反应持续24h，得到聚多巴胺溶液。也可通过在加热条件60℃、高速搅拌条件300r/min下剧烈搅拌0.5h，以加速多巴胺的聚合；

b.氧化石墨烯分散液的制备

采用hummers法制备单层氧化石墨烯粉末。制备完成后，称量20mg氧化石墨烯粉末，分散在10ml去离子水中，进行超声分散，超声功率为100w，超声20min，超声温度需控制在25℃以下，最终得到浓度为2mg/ml的单层氧化石墨烯分散液，将分散液放入4℃冰箱中冷藏待用；

c.水凝胶柔性应变传感器的制备：

（1）将4g单体丙烯酰胺、0.35g氯化钙、1g酪蛋白酸钠、3ml聚多巴胺混合溶于17ml去离子水中，在40℃条件下进行水浴磁力搅拌至完全溶解；

（2）向步骤（1）所得溶液中加入0.001g化学交联剂n,n’-亚甲基双丙烯酰胺，稍微搅拌后，加入2ml浓度为2mg/ml的单层氧化石墨烯分散液，室温条件下磁力搅拌30分钟；

（3）向步骤（2）所得溶液中加入0.05g引发剂过硫酸钾和50μl催化剂四甲基乙二胺，室温条件下磁力搅拌2分钟；

（4）将配置好的溶液直接注入反应模具（40×20×6mm³），并置于40℃的烘箱中反应2h，通过简单自由基聚合方式得到水凝胶；

（5）将水凝胶清洁并干燥，安装导电铜电极，封装成柔性应变传感器。

将上述实施例10制备得到的水凝胶进行相关的性能测定。测试结果表明，该实施例所述方法得到的水凝胶应变传感器的断裂应变为3600%，在应变大于1500%时，其灵敏度为10.71。灵敏度计算公式为：gf=(δr/r0)/ε，其中，gf为灵敏系数，ε为应变变化，δr为电阻变化量，r0为初始电阻。

实施例11

a.聚多巴胺的合成：

将0.5g多巴胺盐酸盐盐溶于10ml去离子水中，用玻璃棒搅拌至完全溶解。然后，将40ml乙醇和1ml氨水溶液（25-28%）与90ml去离子水混合，室温下磁力搅拌30min，缓慢注入上述溶液中，混合溶液的颜色变成淡棕色，并逐渐变成深棕色，反应持续24h，得到聚多巴胺溶液。也可通过在加热条件60℃、高速搅拌条件300r/min下剧烈搅拌0.5h，以加速多巴胺的聚合；

b.氧化石墨烯分散液的制备

采用hummers法制备单层氧化石墨烯粉末。制备完成后，称量20mg氧化石墨烯粉末，分散在10ml去离子水中，进行超声分散，超声功率为100w，超声20min，超声温度需控制在25℃以下，最终得到浓度为2mg/ml的单层氧化石墨烯分散液，将分散液放入4℃冰箱中冷藏待用；

c.水凝胶柔性应变传感器的制备：

（1）将4g单体丙烯酰胺、0.35g氯化钙、1g酪蛋白酸钠、3ml聚多巴胺混合溶于17ml去离子水中，在40℃条件下进行水浴磁力搅拌至完全溶解；

（2）向步骤（1）所得溶液中加入0.003g化学交联剂n,n’-亚甲基双丙烯酰胺，稍微搅拌后，加入2ml浓度为2mg/ml的单层氧化石墨烯分散液，室温条件下磁力搅拌30分钟；

（3）向步骤（2）所得溶液中加入0.05g引发剂过硫酸钾和50μl催化剂四甲基乙二胺，室温条件下磁力搅拌2分钟；

（4）将配置好的溶液直接注入反应模具（40×20×6mm³），并置于40℃的烘箱中反应2h，通过简单自由基聚合方式得到水凝胶；

（5）将水凝胶清洁并干燥，安装导电铜电极，封装成柔性应变传感器。

将上述实施例11制备得到的水凝胶进行相关的性能测定。测试结果表明，该实施例所述方法得到的水凝胶应变传感器的断裂应变为4300%，在应变大于1500%时，其灵敏度为9.36。灵敏度计算公式为：gf=(δr/r0)/ε，其中，gf为灵敏系数，ε为应变变化，δr为电阻变化量，r0为初始电阻。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。