Page 96 - 《精细化工》2020年第8期

第 37 卷第 8 期 精 细 化 工 Vol.37, No.8
202 0 年 8 月 FINE CHEMICALS Aug. 2020

功能材料
基于十二烷基衣康酸甘油酯的光电双响应传感器

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张国睿，牛文斌 ，王云朋，张淑芬
（大连理工大学 精细化工国家重点实验室，辽宁 大连 116024）

摘要：该文制备了一种利用结构色水凝胶作为导电电极的光电双响应传感器。以十二烷基衣康酸甘油酯（DGI）、
丙烯酰胺、十二烷基硫酸钠（SDS）、氯化钠等为原料，通过双分子层自组装的方法，制备了结构色水凝胶。将
这种结构色水凝胶与传统电容型传感器相结合，得到了光电双响应传感器。采用 SEM、LCR 数字电桥、拉力试
验机、光纤光谱仪等对器件进行了结构、光学、电学及机械性能的表征。结果表明：传感器在拉伸状态（0~100%）
和压缩状态（0~60.9 kPa）下，传感器的电容分别变化了 31%和 44%，其自身颜色在可见光光谱内可以动态可
逆地从红色变化到紫色。经历 15000 次循环拉伸后，传感器性能依旧保持稳定。利用传感器颜色的刺激响应性，
传感器在发生形变时，其表面可以清楚地显示出应变源的位置和形状，这样传感器在检测时就可以实现可视化
效果。
关键词：应变传感器；结构色；光电双响应；运动检测；功能材料
中图分类号：TB34；TP212 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2020) 08-1594-08

Photoelectric double response sensor based on dodecyl glyceride itaconate

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ZHANG Guorui, NIU Wenbin , WANG Yunpeng, ZHANG Shufen
（State Key Laboratory of Fine Chemicals, Dalian University of Technology, Dalian 116024, Liaoning, China）

Abstract: A photoelectric double response sensor using a structured color hydrogel as conductive electrode
was prepared. The structured color hydrogel was prepared by bilayer self-assembly method using dodecyl
glyceride itaconate (DGI), sodium dodecyl sulfate (SDS), and sodium chloride as raw materials. The
photoelectric double response sensor was combined by structured color hydrogel and traditional capacitive
sensor. The structure and optical, electrical and mechanical properties of device were characterized by SEM,
LCR meter, tensile testing machine, fiber optic spectrometer. The results showed that in the tensile state
(0~100%) and the compressed state (0~60.9 kPa), the capacitance of the sensor changed by 31% and 44%
respectively, and the color of the sensor could change dynamically and reversibly from red to purple in the
visible light spectrum. After 15000 times of cyclic stretching, the performance of the sensor still remained
stable. By using the stimulus response of sensor color, the surface of the sensor could clearly show the
location and the shape of the strain source when the sensor was deformed. Thus, the sensor can realize
visualization effect during detection.
Key words: strain sensor; structural color; photoelectric dual response; motion detection; functional
materials

传感器是一种能够接受到外界刺激，并输出信 子电容式 [13-21] 等。这些传感设备可以用来检测人体
[5]
号的器件。近年来，研究人员一直致力于设计可以 语言交流 [3,12] 、肢体运动 [1,2,4,6,9,22] 以及检测汗液 等，
把外界刺激转化为电学信号的可穿戴柔性传感器 同时还在压力显示 [10] 和角度检测 [2,8] 领域有着广泛
件，并已经提出了多种可穿戴的传感设备。柔性传 的应用前景。其中，电容式传感器由于结构简单，
感器按照原理可分为压阻式 [1-10] 、压电式 [11-12] 、离 灵敏度高，备受关注。

收稿日期：2019-12-23; 定用日期：2020-03-13; DOI: 10.13550/j.jxhg.20191191
基金项目：国家自然科学基金（21506023）；国家自然科学基金重点项目（21536002）；辽宁省自然科学基金（20180550501）
作者简介：张国睿（1995—），男，硕士生，E-mail：275776430@qq.com。联系人：牛文斌（1984—），男，副教授，E-mail：niuwb@
dlut.edu.cn。