本发明涉及柔性传感器领域技术，特别涉及一种用于极地探索的极端耐低温传感材料的制备方法。
背景技术：
1、极地地区作为地球上极端环境的代表，人类从未停止对其的探索，这对于人类了解地球气候变化、地质构造、生物适应性等方面具有重要意义。此外对极地地区的探索有助于评估资源储量、开发潜力和可持续利用方式。但极端的气候环境增加了探索的安全风险。因此迫切需要一种可在极端低温下工作的传感材料。
2、导电水凝胶因其良好的可贴合性，柔韧性和高电导率被广泛应用于传感材料。然而，基于水凝胶的柔性传感器工作温度范围较窄，在低温下仍面临很大挑战。低温下由于凝胶内水分冻结，会造成柔性传感器响应延迟，信号采集精度受损，机械性能丧失。目前已开发出一些抗冻凝胶基柔性传感材料，实现了低温下的信号采集，但大多数由于一些关键材料参数(如拉伸性，工作温度，电导率等)表现出内在的相互权衡，不能在极端低温下平衡抗冻性能、拉伸及传感性能。据我们所知，以前没有报道过基于有机水凝胶的人机交互传感材料，可极端耐低温，用于极地探索和紧急救援。因此，迫切需要设计一种新的柔性传感材料用于极地探索，以实现i)实时监测探险者的生理运动状态，及时发现身体异常并采取措施；ii)探险者遇到危险时可及时发送并传输求救信号；iii)应用于机器人，使其更加智能化，在执行深潜和救援等危险任务时提升交互技能并及时传递各种信息。
技术实现思路
1、本发明拟解决传统传感材料在极端低温下易失效的问题，为克服现有技术的不足，提供一种可用于极地探索的极端耐低温传感材料的制备方法。实现了极端耐低温的同时，可用于极地探索中人机交互以实现紧急救援。
2、为解决技术问题，本发明的解决方案如下：
3、(1)极端耐低温有机水凝胶前驱体溶液的制备：
4、溶液a:将100-200重量份有机溶剂α和100-200重量份水配制成二元溶剂。
5、溶液b:将50-70重量份亲水性单体、0.0001-0.001重量份交联剂、0.1-0.2重量份引发剂溶于200-400重量份二元溶液a，并于常温下搅拌5分钟。随后加入0.1-0.2重量份乳化剂和0.1-0.2重量份疏水性单体，并用细胞粉碎机超声2-10分钟。最后加入0.1-0.2重量份纤维素和0.1-0.2重量份无机盐，于常温搅拌1小时后得到抗冻有机水凝胶前驱体溶液。
6、(2)仿生粘合剂的制备：
7、溶液c:将1-2重量份多酚类化合物溶于20-30重量份溶剂水。
8、溶液d:将1-2重量份支化聚乙烯亚胺溶于20-30重量份溶剂水。
9、将溶液d加入溶液c中，混匀后用酸性溶液将ph调节到4-5，得到仿生粘合剂。
10、(3)极端耐低温有机水凝胶的制备：
11、取10-100重量份的步骤(1)制备的抗冻有机水凝胶前驱体溶液、10-100重量份的步骤(2)制备的仿生粘合剂，混合均匀后再倒入四氟模具中，并在紫外光下固化1小时得到极端耐低温有机水凝胶。
12、(4)极端耐低温传感材料的制备：
13、取步骤(3)制备的极端耐低温有机水凝胶，制备30×8×1mm的长方体薄片，随后两端和柔性银电极连接，并用vhb胶带封装，得到极端耐低温传感材料。
14、本发明中，所述有机溶剂α是指：乙二醇、甘油、二甲基亚砜、乙醇中的一种或多种。
15、本发明中，所述亲水性单体是指：丙烯酰胺、丙烯酸、聚乙烯醇中的一种或多种。
16、本发明中，所述交联剂是指：聚乙二醇二丙烯酸酯、n,n-亚甲基双丙烯酰胺中的一种或多种。
17、本发明中，所述引发剂是指：2,2'-偶氮(2-甲基丙基脒)二盐酸盐、过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮二异丁腈中的一种。
18、本发明中，所述乳化剂是指：脂肪醇聚氧乙烯醚、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基硫酸钠中的一种或多种。
19、本发明中，所述疏水性单体是指：甲基丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸五氟丙酯、全氟己基乙基甲基丙烯酸酯、全氟辛基乙基丙烯酸酯中的一种或多种。
20、本发明中，所述无机盐是指：二水合氯化钙，无水氯化钙、氯化镁、氯化钠、氯化钾中的一种或多种。
21、本发明中，所述多酚类化合物是指：多巴胺、单宁酸、邻苯二酚、没食子酸、儿茶酸类中的一种或多种。
22、本发明中，所述支化聚乙烯亚胺的重均分子量为10000-25000。
23、本发明中，所述酸性溶液是指：稀盐酸、稀硫酸中的一种或多种。
24、本发明进一步提供了前述方法制备获得的极端耐低温传感材料用于极地探索的应用，包括以下步骤：
25、开发了可与传感材料连接的无线蓝牙传输模块，包括微控制器、模数转换器、可移动电源输入接口、外部稳压电源输入接口及信号输入接口，来自输入端的运动或生理信号通过该无线蓝牙传输模块转换为相关的伏安图，并传输到智能设备上。基于无线蓝牙传输模块，开发了基于摩斯密码的通信机制，26个英文字母以“·”和“-”符号的不同组合进行编码；将sos编码定义为“···---···”，并将手指小幅度弯曲30°和大幅度弯曲90°分别编码定义为“·”和“-”；将传感材料贴在机械手的手指关节上，选择银线作为电极层，两侧用铜箔胶带封装，并与携带的蓝牙传输模块串联。模拟极地温度在-78℃下通过可移动稳压电源施加1v电压，机械手的手指弯曲信号通过蓝牙传输模块的微控制器调制，并经模数转换器转换为响应的电流信号，随后无线传输到手机或者电脑上的"蓝牙调试器"专用移动应用程序，该移动应用程序能将电流可视化，通过手指的弯曲弧度即可实现“sos”求救信号的无线传输。
26、发明原理描述：
27、导电水凝胶因其良好的可贴合性，柔韧性和高电导率被广泛应用于柔性传感材料。然而，基于水凝胶的传感材料工作温度范围较窄，在低温下仍面临很大挑战。低温下由于水凝胶内水分冻结，会造成传感材料响应延迟，信号采集精度受损，机械性能丧失。目前已开发出一些抗冻凝胶基传感材料，实现了低温下的信号采集，但大多数由于一些关键材料参数(如拉伸性，工作温度，电导率等)表现出内在的相互权衡，不能结合宽温度范围工作的抗冻性能、拉伸及压力传感性能。据我们所知，以前没有报道过基于有机水凝胶的人机交互传感材料，可极端耐低温，用于极地探索和紧急救援。因此，迫切需要设计一种新的柔性传感材料用于极地探索，以实现1)严寒的冬季可实时监测探险者的生理运动状态，及时发现身体异常并采取措施；2)探险者遇到危险时可及时发送并传输求救信号；3)应用于机器人，使其更加智能化，在执行深潜和救援等危险任务时提升交互技能并及时传递各种信息。
28、该发明家基于对极地探索的需求，合成了一种为极地探险家及机器人设计的柔性传感材料，可在极端低温(-78℃)下工作。受抗寒生物木蛙及贻贝的足丝粘液启发，合成了一种极端抗冻的互穿网络有机水凝胶，结合四种策略：(1)高度纠缠交联的亲水链作为第一网络，抗冻二元溶剂作为分散介质；(2)动态疏水缔合结构的引入；(3)纤维素鳌合无机盐金属离子作为第二网络；(4)添加支化聚乙烯亚胺-多酚类络合物仿生粘合剂，其通过多重氢键与缠结链以及互穿网络之间形成强烈的分子间相互作用，促进微相分离结构域的形成。氢键-链缠结协同超分子相互作用提高了有机水凝胶的机械性能。所制备的有机水凝胶具有高离子电导率，高断裂伸长率，皮肤般的柔软度灵敏的拉伸传感性能和压力传感性能，在环境条件下可实现对运动-生理-语音-压力等多源信号的实时高效监测与识别。此外，得益于无机盐与甘油-水二元溶剂的协同作用，有机水凝胶表现出极端的低温耐受性。基于有机水凝胶的柔性传感材料可在低温下进行智能手势识别，即使在-78℃下仍能监测人体运动并识别各种压力。本发明的传感材料结合可穿戴的人机交互机制，在-78℃超低温下可实现求救信号和求助信息的无线加密传输，也可应用于日常各种信息的传递，为极地地区的探险家提供了安全保障，同时有利于极地机器人在执行深潜及救援任务时更加智能化和人性化的探索和发展。
29、本发明与现有技术相比，本发明的有益效果是：
30、(1)本发明结合的四种制备策略，通过氢键-链缠结协同超分子相互作用克服了传统传感材料在粘附，导电，耐温和机械等各性能间的权衡问题
31、(2)本发明制成的传感材料，可极端耐低温，即使在-78℃下仍能监测人体运动并识别各种压力。与可穿戴人机交互机制相结合，为极地地区的探险家提供了安全保障，同时有利于极地机器人在执行深潜及救援任务时更加智能化和人性化的探索和发展。
1.可用于极地探索的极端耐低温传感材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的可用于极地探索的极端耐低温传感材料的制备方法，其特征在于所述有机溶剂α是指：乙二醇、甘油、二甲基亚砜、乙醇中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的可用于极地探索的极端耐低温传感材料的制备方法，其特征在于，所述亲水性单体是指：丙烯酰胺、丙烯酸、聚乙烯醇中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的可用于极地探索的极端耐低温传感材料的制备方法，其特征在于所述交联剂是指：聚乙二醇二丙烯酸酯、n,n-亚甲基双丙烯酰胺中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的可用于极地探索的极端耐低温传感材料的制备方法，其特征在于所述引发剂是指：2,2'-偶氮(2-甲基丙基脒)二盐酸盐、过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮二异丁腈中的一种。
6.根据权利要求1所述的可用于极地探索的极端耐低温传感材料的制备方法，其特征在于所述乳化剂是指：脂肪醇聚氧乙烯醚、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基硫酸钠中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的可用于极地探索的极端耐低温传感材料的制备方法，其特征在于所述疏水性单体是指：甲基丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸五氟丙酯、全氟己基乙基甲基丙烯酸酯、全氟辛基乙基丙烯酸酯中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的可用于极地探索的极端耐低温传感材料的制备方法，其特征在于所述无机盐是指：二水合氯化钙，无水氯化钙、氯化镁、氯化钠、氯化钾中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的可用于极地探索的极端耐低温传感材料的制备方法，其特征在于所述多酚类化合物是指：多巴胺、单宁酸、邻苯二酚、没食子酸、儿茶酸类中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述方法制备的可用于极地探索的极端耐低温传感材料的应用，其特征在于，包括以下步骤：
