[0032] 下面通过实施案例对本发明作进一步详细说明。本实施案例在以本发明技术为前提下进行实施，现给出详细的实施方式和具体的操作过程来说明本发明具有创造性，但本发明的保护范围不限于以下的实施案例。
[0033] 根据本申请包含的信息，对于本领域技术人员来说可以轻而易举地对本发明的精确描述进行各种改变，而不会偏离所附权利要求的精神和范围。应该理解，本发明的范围不局限于所限定的过程、性质或组分，因为这些实施方案以及其他的描述仅仅是为了示意性说明本发明的特定方面。实际上，本领域或相关领域的技术人员明显能够对本发明实施方式作出的各种改变都涵盖在所附权利要求的范围内。
[0034] 实施例1
[0035] 本实施例的一种聚乙烯醇离子PVA‑Glycerol‑NaCl(PGN)高强韧水凝胶传感材料的制备方法，包括如下步骤：
[0036] (1)将2.4g 1797型聚乙烯醇(PVA)加入到20g由去离子水和甘油(Glycerol)组成的混合溶剂中，然后在100℃条件下搅拌2.5h，使聚乙烯醇完全溶解，获得PVA‑Glycerol混合溶液；其中：所述去离子水和甘油的质量比为4：6。
[0037] (2)将步骤(1)获得的PVA‑Glycerol混合溶液转移至圆柱体模具中，并在‑20℃条件下冷处理12h，冷处理结束后取出，在室温条件下解冻3h，得到PVA‑Glycerol水凝胶；其中：所述圆柱体模具高为50mm，底面直径为3.5mm。
[0038] (3)将步骤(2)获得的PVA‑Glycerol水凝胶置于饱和的氯化钠(NaCl)溶液中充分浸泡2h，获得PVA‑Glycerol‑NaCl(PGN)离子水凝胶传感材料。
[0039] 实施例2
[0040] 本实施例的一种聚乙烯醇离子PVA‑Glycerol‑NaCl(PGN)高强韧水凝胶传感材料的制备方法，包括如下步骤：
[0041] (1)将3g 1797型聚乙烯醇(PVA)加入到36g由去离子水和甘油(Glycerol)组成的混合溶剂中，然后在95℃条件下搅拌2.5h，使聚乙烯醇完全溶解，获得PVA‑Glycerol混合溶液；其中：所述去离子水和甘油的质量比为7：3。
[0042] (2)将步骤(1)获得的PVA‑Glycerol混合溶液转移至圆柱体模具中，并在‑20℃条件下冷处理15h，冷处理结束后取出，在室温条件下解冻2h，得到PVA‑Glycerol水凝胶；其中：所述圆柱体模具高为50mm，底面直径为3.5mm。
[0043] (3)将步骤(2)获得的PVA‑Glycerol水凝胶置于饱和的氯化钠(NaCl)溶液中充分浸泡2h，获得PVA‑Glycerol‑NaCl(PGN)离子水凝胶传感材料。
[0044] 实施例3
[0045] 本实施例的一种聚乙烯醇离子PVA‑Glycerol‑NaCl(PGN)高强韧水凝胶传感材料的制备方法，包括如下步骤：
[0046] (1)将6g 1797型聚乙烯醇(PVA)加入到50g由去离子水和甘油(Glycerol)组成的混合溶剂中，然后在100℃条件下搅拌4h，使聚乙烯醇完全溶解，获得PVA‑Glycerol混合溶液；其中：所述去离子水和甘油的质量比为3：7；
[0047] (2)将步骤(1)获得的PVA‑Glycerol混合溶液转移至圆柱体模具中，并在0℃条件下冷处理24h，冷处理结束后取出，在室温条件下解冻2h，得到PVA‑Glycerol水凝胶；其中：所述圆柱体模具高为50mm，底面直径为3.5mm。
[0048] (3)将步骤(2)获得的PVA‑Glycerol水凝胶置于饱和的氯化钠(NaCl)溶液中充分浸泡4h，获得PVA‑Glycerol‑NaCl(PGN)离子水凝胶传感材料。
[0049] 实施例4
[0050] 本实施例的一种聚乙烯醇离子PVA‑Glycerol‑NaCl(PGN)高强韧水凝胶传感材料的制备方法，包括如下步骤：
[0051] (1)将4g 1797型聚乙烯醇(PVA)加入到30g由去离子水和甘油(Glycerol)组成的混合溶剂中，然后在95℃条件下搅拌3h，使聚乙烯醇完全溶解，获得PVA‑Glycerol混合溶液；其中：所述去离子水和甘油的质量比为4：1；
[0052] (2)将步骤(1)获得的PVA‑Glycerol混合溶液转移至圆柱体模具中，并在‑30℃条件下冷处理12h，冷处理结束后取出，在室温条件下解冻2h，得到PVA‑Glycerol水凝胶；其中：所述圆柱体模具高为100mm，底面直径为5mm。
[0053] (3)将步骤(2)获得的PVA‑Glycerol水凝胶置于饱和的氯化钠(NaCl)溶液中充分浸泡1h，获得PVA‑Glycerol‑NaCl离子水凝胶传感材料。
[0054] 对比例1
[0055] 本对比例的一种聚乙烯醇(PVA)水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
[0056] (1)将2.4g 1797型聚乙烯醇(PVA)加入到20g去离子水中，然后将所得混合物在100℃条件下搅拌2.5h，使聚乙烯醇完全溶解，获得PVA溶液。
[0057] (2)将步骤(1)获得的PVA溶液转移至圆柱体模具中，并在‑20℃条件下冷处理12h，冷处理结束后取出，在室温条件下解冻2h，三次冷冻解冻循环后得到PVA水凝胶；其中：所述圆柱体模具高为50mm，底面直径为3.5mm。
[0058] 对比例2
[0059] 本对比例的一种PVA‑Glycerol(PG)水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
[0060] (1)将2.4g 1797型聚乙烯醇(PVA)加入到20g由去离子水和甘油(Glycerol)组成的混合溶剂中，然后在100℃条件下搅拌2.5h，使聚乙烯醇完全溶解，获得PVA‑Glycerol混合溶液；其中：所述去离子水和甘油的质量比为4：6。
[0061] (2)将步骤(1)获得的PVA‑Glycerol混合溶液转移至圆柱体模具中，并在‑20℃条件下冷处理12h，冷处理结束后取出，在室温条件下解冻2h，得到PVA‑Glycerol水凝胶；其中：所述圆柱体模具高为50mm，底面直径为3.5mm。
[0062] 对比例3
[0063] 本对比例的一种PVA‑NaCl(PN)离子水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
[0064] (1)将2.4g 1797型聚乙烯醇(PVA)加入到20g去离子水中，然后将所得混合物在100℃条件下搅拌2.5h，使聚乙烯醇完全溶解，获得PVA溶液。
[0065] (2)将步骤(1)获得的PVA溶液转移至圆柱体模具中，并在‑20℃条件下冷处理12h，冷处理结束后取出，在室温条件下解冻2h，重复三次冷冻解冻循环得到PVA水凝胶；其中：所述圆柱体模具高为50mm，底面直径为3.5mm。
[0066] (3)将步骤(2)获得的PVA水凝胶置于饱和的氯化钠(NaCl)溶液中充分浸泡2h，获得PVA‑NaCl(PN)离子水凝胶传感材料。
[0067] 性能测试：
[0068] (一)不同水凝胶的拉伸测试实验
[0069] 为考察本发明实施例1制备的聚乙烯醇离子PVA‑Glycerol‑NaCl(PGN)高强韧水凝胶与其他三种对比样水凝胶(分别是对比例1制备的PVA水凝胶、对比例2制备的PVA‑Glycerol(PG)水凝胶、对比例3制备的PVA‑NaCl(PN)水凝胶)机械性能，发明人将四种水凝胶制备为测试样条用于拉伸应力应变的测试，测试过程如下：
[0070] 将每种类型的水凝胶样条各5个在室温下以100mm/mim的拉伸速率，用拉力机来测定所制备水凝胶的拉伸应力应变曲线。通过对实施例1、对比例1～3所得不同的水凝胶进行拉伸应力应变测试，弹性模量由应力‑应变曲线的50％～100％的斜率计算。通过对应力‑应变曲线下面积进行积分来获得韧性的值，结果如图1所示。图1a和1b所示为PVA水凝胶，PVA‑NaCl(PN)水凝胶，PVA‑Glycerol(PG)水凝胶和PVA‑Glycerol‑NaCl(PGN)水凝胶的拉伸应力‑应变曲线，韧性和杨氏模量。PVA水凝胶的拉伸强度，断裂伸长率，韧性和杨氏模量分别3
仅为0.16MPa，244.5％，0.03MPa和0.16MJ/m。相比之下，PN水凝胶和PG水凝胶都表现出增强的机械性能。具体而言，PN水凝胶和PG水凝胶的拉伸应力，断裂伸长率，韧性和杨氏模量
3 3
分别为1.50MPa，400.0％，0.45MPa，3.11MJ/m和1.21MPa，432.0％，0.28MPa，2.31MJ/m 。显然，将NaCl(链缠结相互作用)或甘油(氢键复合)引入凝胶中有利于机械性能的改善。此外，PGN水凝胶显示出更大的应力，断裂伸长率，韧性和杨氏模量(分别为3.1MPa，570.7％，
3
0.52MPa和8.65MJ/m)，这可能是氢键和链缠结作用的协同作用的结果。综上所述，PGN离子水凝胶具有最优越的综合力学性能。
[0071] (二)PVA‑Glycerol‑NaCl(PGN)离子水凝胶的应变敏感测试
[0072] 为考察本发明制备的高强韧水凝胶传感材料(PVA‑Glycerol‑NaCl(PGN)水凝胶)应变敏感性能，将导线连接的导电夹夹于水凝胶的两侧，测试过程如下：
[0073] 使用Keithley 2400数字仪通过导线在PGN水凝胶传感器上施加3V的固定电压之后，测量随着水凝胶拉伸应变变化而产生的相对电阻变化(ΔR/R0)。相对电阻变化(ΔR/R0)计算公式如下所示：
[0074] ΔR/R0＝(R‑R0)/R0
[0075] 其中R0和R分别是没有应变时的电阻和施加应变时的电阻。分析相对电阻变化(△R/R0)和拉伸应变的关系并进行线性拟合，得到的线性直线斜率就是灵敏因子(GF)。
[0076] 通过研究PGN水凝胶传感器在不同应变下的相对电阻变化(ΔR/R0(％))来研究其应变敏感性能，结果如图2所示。图2a显示了在0～100％的伸长率下水凝胶电阻的相对变化。PGN凝胶的相对电阻变化在其逐步拉伸或释放过程中逐步增加或恢复。当保持固定应变状态时，PGN水凝胶传感器的电阻几乎保持稳定，表明PGN水凝胶传感器具有令人满意的电稳定性。通过线性拟合分析图2b中所示的相对电阻变化与应变的关系并得到他们之间的关系几乎与y＝1.86x‑5.51一致，所以得到PGN水凝胶传感器的应变系数(GF)为1.86，超过之前报道的水凝胶的传感器GF水平0.48～0.63(Acs.Appl.Mater.Inter.,2017,9,26429)。同时，出色的传感能力有助于PGN水凝胶应变传感器监测不同的应变。如图3a和3b所示，我们可以看到PGN水凝胶传感器对不同应变的实时响应，应变传感器在施加3V的电压条件下，无论是小应变(2％，5％)还是大应变下(100％)都能重复和稳定地检测准确的电信号。
[0077] (三)将PVA‑Glycerol‑NaCl(PGN)离子水凝胶传感材料用于可穿戴设备监测人体运动测试。
[0078] 为考察本发明制备的高强韧和高应变敏感的水凝胶软材料(PVA‑Glycerol‑NaCl(PGN)水凝胶)用于可穿戴设备监测人体运动的性能，测试过程如下：
[0079] 使用绝缘胶带将夹住水凝胶的两侧的导电夹固定在人体各个部位，例如膝盖和手腕，随着人体各个部位的运动，测量产生的电信号。结果如图4所示。
[0080] 图4a和4b分别显示了附着在腕部和膝关节上的PGN凝胶传感器的相对电阻变化的实时特征曲线。随着人体进行弯曲行为，PGN水凝胶传感器被拉长，这有助于电阻的快速增加。并且在拉伸恢复时电阻信号快速且完全恢复。通过比较PGN水凝胶传感器的相对电阻变化，可以清楚地区分人体不同关节的弯曲行为。此外，在连续拉伸和恢复循环下没有观察到相对电阻变化基线的明显偏移，表明PGN水凝胶应变传感器的令人满意的可恢复性和可靠性。综上所述，可见PVA‑Glycerol‑NaCl(PGN)水凝胶传感器可有效的监测人体运动。
