可控交聯PVA導電水凝膠織物柔性傳感器的制備與性能

摘 要：為了制備交聯程度可控的導電水凝膠，以聚乙烯醇（PVA）為原料，添加羥丙基纖維（HPC）來控制水凝膠的交聯度，制備了羥丙基纖維-聚乙烯醇（HPC-PVA）導電水凝膠溶液。將水凝膠溶液涂覆在滌氨織物上，通過循環冷凍-解凍法制得羥丙基纖維素-聚乙烯醇（HPC-PVA）導電水凝膠織物。對導電水凝膠織物的形貌、組成、機械性能、抗凍性、熱穩定性及傳感性能進行分析。結果表明，當HPC質量分數為2%、PVA質量分數為10%時，HPC-PVA導電水凝膠織物具有良好的力學強度（斷裂強度為16.77 MPa）、優異的抗凍性、較好的導電率（1.48 S/m），對人體運動以及面部微表情變化具有較好的靈敏度。

關鍵詞：羥丙基纖維素；聚乙烯醇水凝膠；交聯；柔性傳感器

中圖分類號：TB332

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2024）11-0035-11

近年來，柔性傳感器在醫療診斷、智能可穿戴領域發揮著越來越重要的作用［1-3］。在目前已開發的多種導電材料中，具有高導電性和可拉伸性的導電水凝膠被認為是制備柔性傳感器的理想導電材料［4-6］。導電水凝膠的制備方法主要有物理交聯、化學交聯和輻射交聯等［7-8］。化學交聯法引入的化學交聯劑大多具有細胞毒性，極大地限制了水凝膠的生物適用性［9-10］。輻射交聯法反應條件過于高能，容易使水凝膠產生大量氣泡，而影響力學性能［11-12］。而物理交聯的水凝膠具有良好的生物相容性、純度高、可逆性，也因此成為制備導電水凝膠的首選方法［13-14］。循環冷凍-解凍法是運用最多的物理交聯法。但這種方法制得的水凝膠的交聯程度難以控制，主要通過改變冷凍-解凍循環次數來控制交聯程度，但方法過于繁瑣［15-16］。導電水凝膠的交聯度過高，水凝膠內部孔隙減少，難以吸引更多的導電離子；導電水凝膠交聯度過低，水凝膠產生過多孔結構，使水凝膠結構不均勻，力學性能變差。纖維素是一種天然聚合物，具有很好的親水性［17-18］。羥丙基纖維素（Hydroxypropyl cellulose，HPC）是纖維素重要的化學衍生物之一，具有良好的生物相容性和可溶解性，通常不與聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol，PVA）發生反應。HPC可以在PVA網絡中均勻分布，并形成富水的孔結構，降低水凝膠的交聯程度。

水凝膠的力學性能也是影響水凝膠應用范圍的重要因素，但傳統的導電水凝膠的力學性能較差，為了提高水凝膠的力學性能，研究人員做出了很多努力［19-20］。近年來，智能紡織品也逐漸進入人們的視野［21］。通過導電材料與織物結合獲得柔性織物傳感器，所制得的傳感器具有高機械強度、親膚、柔韌性高的特點［22］。將織物與導電水凝膠結合起來可以極大地改善水凝膠力學差的缺點，且不影響其柔性［23］。

本文以氯化鈉（NaCl）作為導電材料，乙二醇（Ethylene glycol，EG）和水作為溶劑，制備HPC-PVA導電水凝膠溶液，運用涂覆法將其負載到滌氨織物上，通過循環冷凍-解凍的方法制備導電水凝膠織物，并對其進行性能的分析。同時用該導電水凝膠織物制備柔性傳感器，對人體運動進行檢測。該導電水凝膠織物在可穿戴領域具有巨大應用潛力。

1 實驗

1.1 實驗材料與設備

聚乙烯醇（PVA-1799）、羥丙基纖維素（HPC）、氯化鈉（NaCl）、乙二醇（EG），均為分析純，購于阿拉丁試劑有限公司；滌氨織物（克重150 g/m2，90%滌綸amp;10%氨綸），購于新達紡織有限公司；去離子水為實驗室自制。

電動攪拌器（RW 20，德國 IKA 公司）；掃描電子顯微鏡（Gemini 500，德國 Zeiss 公司）；傅里葉紅外光譜儀（Nicolet 5700，美國 Thermo 公司）；Instron 3367型萬能試驗機（Instron 3367，美國 Instron 公司）；差示掃描量熱儀（AvanceⅡ400MHz，美國 Mettler 公司）；數字源表（Keithley-2400，美國 Keithley 公司）。

1.2 實驗方法

1.2.1 HPC-PVA導電水凝膠溶液的制備

首先將0.12 g的HPC加入到3 mL H2O和0.78 g EG中，在攪拌器中攪拌10 min，然后將攪拌器升溫至70 ℃，200 r/min勻速攪拌30 min直至HPC完全溶解，得到HPC溶液。然后加入0.6 g的PVA，在95 ℃下以500 r/min繼續攪拌2 h，直至PVA全部溶解。最后加入0.6 g NaCl，95 ℃下300 r/min再攪拌30 min，HPC-PVA導電水凝膠溶液制備完成，命名為HPC2%-PVA。制備流程如圖1所示。

為了進行對比實驗，制備了HPC質量分數為0、0.5%、1%和4%的HPC-PVA導電水凝膠溶液，分別命名為HPC0-PVA、HPC0.5%-PVA、HPC1%-PVA、HPC4%-PVA。以及PVA質量分數為6%、8%、12%和14%的HPC-PVA導電水凝膠溶液，命名為HPC-PVA6%、HPC-PVA8%、HPC-PVA12%、HPC-PVA14%。另外，還制備了不含EG的導電水凝膠溶液，命名為HPC2%-PVA-W。水凝膠溶液的具體組成如表1、表2所示。

1.2.2 HPC-PVA導電水凝膠織物的制備

將制備的導電水凝膠溶液均勻的涂覆在滌氨織物上。再將涂覆好后的樣品放入-18 ℃的冰箱冷凍18 h使其充分凍結，18 h后取出，在室溫下解凍4 h，經過3次循環冷凍-解凍，獲得HPC-PVA導電水凝膠織物。

1.3 測試方法與表征

1.3.1 理化性能測試

將HPC-PVA水凝膠織物浸泡在水中48 h，置換出EG溶劑。然后將置換后的樣品進行冷凍干燥。將凍干后的樣品貼在銅臺上，并進行鍍金處理，鍍金時間為100 s。在3 kV加速電壓下對樣品進行掃描電子顯微鏡（SEM）分析。用傅里葉紅外光譜儀進行紅外光譜檢測（FT-IR），對導電水凝膠織物進行結構分析。掃描范圍為4000～400 cm-1。

1.3.2 力學性能測試

用萬能試驗機對水凝膠織物進行力學性能的測試。樣品大小為30 mm×10 mm×0.4 mm，拉伸速率為10 mm/min。對繪制的導電水凝膠織物的應力-應變曲線進行積分處理，積分面積即該導電水凝膠織物的韌性。

1.3.3 抗凍性測試

用差示掃描量熱儀對水凝膠織物進行抗凍性分析。將HPC2%-PVA和HPC2%-PVA-W導電水凝膠織物（各7 mg左右）放入坩堝中，在氮氣氣氛保護下，以10 ℃/min的速率將樣品從20 ℃冷卻至-50 ℃。此外將HPC2%-PVA和HPC2%-PVA-W導電水凝膠織物作為導線，探究其在低溫下點亮小燈泡的情況。

1.3.4 溶脹度和含水率的測試

將水凝膠樣品凍干，在天平上稱量凍干后的樣品重量，命名為W0。室溫下向燒杯中加入去離子水，將凍干后的樣品放入燒杯中，每隔10 min取一次樣，稱得重量為Wt。當水凝膠的重量變化趨勢變緩時，可以每隔30 min取一次樣。當導電水凝膠重量基本不再變化時，達到溶脹平衡。水凝膠溶脹率計算公式如式（1）所示：

SR/%=Wt-W0W0×100（1）

式中：SR為HPC-PVA導電水凝膠的溶脹率，%；Wt為溶脹過程中的重量，g；W0為凍干后的初始重量，g。

含水率的測試方法是，將制備出的導電水凝膠樣品用電子天平稱取水凝膠樣品的初始重量，記為M0。然后將樣品放入60 ℃的烘箱烘干48 h至恒重，重量為Mt。含水率的計算公式如式（2）所示：

WR/%=M0-MtM0×100（2）

式中：WR為HPC-PVA導電水凝膠的含水率，%；Mt為烘干至恒重的重量，g；M0為初始重量，g。

1.3.5 保水性的測試

將形狀大小基本相同的HPC2%-PVA和HPC2%-PVA-W導電水凝膠放在室溫下（溫度25 ℃，濕度為60%）保存7 d。每隔24 h稱取一次重量，記錄水凝膠7 d里的重量變化。

1.3.6 柔性應變傳感器的制備和性能測試

首先把導電水凝膠織物剪成10 mm×30 mm×0.4 mm的矩形，用VHB膠帶作為密封劑固定在水凝膠織物兩端，并且在兩端連接了兩根導線。通過導線與數字源表相連，傳達出來的電信號可以計算導電水凝膠織物的電導率，計算公式如式（3）所示：

δ=L/R·S（3）

式中：δ為電導率，S/m；L為水凝膠織物長度，m；R為電阻，Ω；S為橫截面積，m2。

當改變水凝膠織物拉伸過程中的應變時，數字源表上傳達出來的電阻也會隨之變化，可以計算導電水凝膠的電阻變化率（ΔR/R0），具體計算公式如式（4）所示［24］：

ΔRR0/%=R-R0R0×100（4）

式中：ΔR/R0為電阻變化率，%；R為水凝膠織物在拉伸過程中的電阻，Ω；R0為初始電阻，Ω。

同時，也可以進行人體運動的監測，將制備好的柔性應變傳感器粘附在身體不同部位上，當身體關節發生運動時，數字源表可以明確地顯示不同運動狀態下的信號變化，從而達到監測人體運動的目的。

2 結果與討論

2.1 HPC-PVA導電水凝膠機理

HPC-PVA導電水凝膠的交聯機理如圖2所示。PVA是制備水凝膠的優良材料，其表面含有大量的羥基基團，可以更好的形成氫鍵結構。以PVA水凝膠為基質，引入HPC，HPC不與PVA發生反應，短鏈HPC能夠在PVA聚合物網絡中均勻分布。并且由于HPC結構中含有部分疏水基團，所以能夠在聚合物網絡中形成富水的孔結構，隨著HPC含量的增大，形成孔洞的數量和大小也不斷增大，更多的孔結構使水凝膠的交聯程度降低。經過循環冷凍-解凍，使PVA水凝膠中的溶劑分子結晶，減少聚合物鏈空間，并促使聚合物鏈形成水凝膠網絡結構。多孔的結構能吸引更多的金屬離子進入水凝膠中并且能大大提高離子的遷移速率，從而提高導電水凝膠的電導率。

2.2 HPC-PVA導電水凝膠織物的表面形貌分析

為了觀察HPC含量對水凝膠交聯程度的影響，對PVA導電水凝膠織物和HPC2%-PVA導電水凝膠織物進行掃描電鏡分析。圖3（a）為純PVA導電水凝膠織物的SEM圖，從圖3（a）可以看出，該水凝膠織物表面平整均勻，沒有出現明顯的孔洞結構，即使在很高的放大倍數下，也僅能觀察到極小的孔洞，且數量很少，表明其交聯結構致密，交聯程度很高。圖3（b）為HPC2%-PVA導電水凝膠織物的SEM圖，與圖3（a）相比，出現了明顯且相對較均勻的孔洞，且孔洞的數量更多，直徑更大。這說明HPC已經成功引入到PVA導電水凝膠中，且HPC的加入可以降低PVA水凝膠的交聯程度，使其產生多孔結構。

2.3 HPC-PVA導電水凝膠的成分結構分析

對HPC、PVA、HPC2%-PVA導電水凝膠進行傅里葉紅外光譜（FT-IR）檢測，如圖4所示。

從3個樣品的紅外光譜圖中可以看出，PVA、HPC、HPC2%-PVA導電水凝膠具有相同的峰。3440 cm-1處的寬峰屬于O—H伸縮振動。2930 cm-1處的峰是—CH2—的伸縮振動峰，2860 cm-1處的峰對應于—CH—的伸縮振動峰。1450 cm-1處的譜帶歸屬于—CH2—彎曲振動峰［25］。此外，1266 cm-1的譜帶是由—CO伸縮引起的。850 cm-1處的譜帶可歸因于亞甲基的搖擺振動。此外，在純PVA中還能觀察到1730 cm-1的譜帶，而HPC2%-PVA水凝膠則對應于未水解醋酸酯基團。在純PVA和純HPC的紅外光譜圖中均能觀察到干燥的HPC2%-PVA水凝膠的所有顯著峰，這表明HPC不與PVA相互作用，在水凝膠形成過程中沒有發生化學反應。

2.4 HPC-PVA導電水凝膠織物的機械性能分析

優良的機械性能是水凝膠的一個重要特性，它將極大程度地影響柔性傳感器的應用范圍。為了研究水凝膠交聯程度對力學性能的影響，用萬能試驗機測試了不同HPC含量和不同PVA含量水凝膠織物的力學性能。圖5（a）為不同HPC含量的水凝膠織物的應力-應變曲線。從圖5（a）可以看出，添加了HPC的水凝膠織物的力學強度得到了明顯的提升。隨著HPC含量的增加，水凝膠織物的斷裂強度先增加后降低。原因為當加入的HPC在一定范圍內時，HPC的特殊聚集結構短鏈可以增強PVA水凝膠的力學強度。當HPC質量分數為2%時，水凝膠織物的斷裂強度達到16.7 MPa。但當HPC的含量繼續增大，使水凝膠的交聯程度持續下降，產生了過多的孔結構，而大量的孔結構會阻礙PVA分子鏈間的結合，并且使制備的水凝膠結構不夠均勻，導致水凝膠的斷裂強度降低。但斷裂伸長率沒有太大的差異，主要是柔性基底織物對水凝膠的力學性能產生了決定影響，而水凝膠的影響則較為有限［26］。圖5（b）不同HPC含量水凝膠織物的韌性柱狀圖，可以看出韌性呈現先增大后降低的趨勢，當HPC質量分數為2%時，水凝膠織物的韌性達到最大，為1.46 MJ/m3。另外，PVA含量也會影響導電水凝膠的力學性能。圖5（c）顯示了不同PVA含量水凝膠織物的應力-應變曲線，可以看出隨著PVA濃度的增高，水凝膠織物的力學強度逐漸增大。表明PVA濃度增大，水凝膠交聯程度變大，它的斷裂強度也隨之增大。圖5（d）為不同PVA含量水凝膠織物的韌性柱狀圖，可以看出當PVA質量分數為14%時，水凝膠織物韌性達到最高，表明此時導電水凝膠具有很高的硬度，但在柔性傳感器的應用中，過高的硬度不能很好的適應人體的各種形變，且過高的交聯度會降低導電水凝膠的導電率。綜合考慮，選用PVA質量分數為10%。

另外，發現滌氨織物的引入可以大幅度提高導電水凝膠的力學性能。如圖6所示，HPC2%-PVA導電水凝膠織物的斷裂強度達到16.7 MPa，是純水凝膠的25倍左右，韌性達到了1.46 MJ/m3，是純水凝膠的21倍左右。極大地提高了力學強度，使所制備的水凝膠具有更廣的應用范圍。

2.5 HPC-PVA導電水凝膠織物的抗凍性分析

具有抗凍性的導電水凝膠將會具有更廣闊的應用范圍。在這里，引入EG來賦予導電水凝膠抗凍性能。EG可以破壞H2O分子間氫鍵的傾向，能和H2O形成多種分子簇分子，從而使H2O的飽和蒸氣壓顯著降低，不易結晶，使導電水凝膠具有抗凍性能。圖7為HPC2%-PVA導電水凝膠織物的DSC曲線。如圖7所示，HPC2%-PVA水凝膠織物在20～-50 ℃的范圍內沒有明顯的相變，DSC曲線幾乎為直線，而HPC2%-PVA-W水凝膠織物在-33 ℃左右有一個顯著的相變峰，這說明添加了EG的HPC-PVA導電水凝膠具有良好的抗凍性能［27］。

為了證明所制備的導電水凝膠織物在-18 ℃仍然具有良好的導電性能，將其與導線連接。如圖8（a）—（b）所示，發現添加了EG的HPC-PVA導電水凝膠織物在-18 ℃下仍然能作為導線點亮小燈泡，而沒有添加EG的導電水凝膠在-18 ℃下沒法正常工作，這表明該導電水凝膠織物具有良好的抗凍性，在低溫條件下仍然可以保持良好導電性。

2.6 HPC-PVA導電水凝膠的溶脹率和含水率的分析

水凝膠的交聯度將直接影響其溶脹率和含水率。在這里，對水凝膠的溶脹率和含水率進行了定量的計算，如圖9所示。圖9（a）為不同HPC含量的導電水凝膠的溶脹度曲線，可以看出，隨著HPC含量的增加，HPC-PVA導電水凝膠的溶脹率逐漸增大。HPC4%-PVA水凝膠的平衡溶脹率達到了451.95%。原因是HPC的引入降低了水凝膠的交聯程度，它的孔洞結構可以吸收和容納更多的水分，所以交聯度越低，溶脹率越大。而其含水率和溶脹率呈相反趨勢，隨著HPC含量的增加，其含水率呈現小幅度的下降趨勢。HPC4%-PVA的含水率最低，為62.88%，如圖9（b）所示。圖9（c）是不同PVA含量的導電水凝膠的溶脹曲線，可以看出PVA含量增加，溶脹度下降，PVA含量為14%時，水凝膠的溶脹率最小，

為356.17%。但當PVA的質量分數為6%時，在水中浸泡2h后，其溶脹率開始下降，主要是因為交聯度太小，在水中溶脹發生破裂導致質量降低［28］。

2.7 HPC-PVA導電水凝膠的保水性測試

通常水凝膠的保水性能較差，也極大地限制了其應用。本文通過添加EG來提高水凝膠的保水性。如圖10（a）所示，將HPC2%-PVA導電水凝膠在20 ℃，40%濕度下保存7 d，水凝膠依然保持很好的濕潤性。并記錄了7 d里導電水凝膠的重量變化，從圖10（b）可以看出，7 d后HPC2%-PVA導電水凝膠的重量仍然保持在原始重量的68%左右，具有良好的保水性。與不添加EG的HPC2%-PVA-W導電水凝膠相比，具有更加優異的保水性，表明添加了EG后可以提高導電水凝膠的保水性。

2.8 HPC-PVA導電水凝膠織物的導電性和傳感性能

導電性是導電水凝膠最重要的性能，本文通過添加NaCl來賦予水凝膠導電性能。如圖11（a）為不同HPC含量的水凝膠織物的導電率。從圖11（a）可以看出，隨著HPC含量的增加，水凝膠織物的導電率呈先增大后減小的趨勢。隨著HPC含量的增大，水凝膠中孔洞的數目變多，為離子遷移提供了更多的通道，吸引更多離子進入，因此水凝膠織物的導電率增高。但隨著HPC含量進一步增大，水凝膠織物導電率的增大趨勢不太顯著，但是力學性能卻有明顯的下降。綜合考慮，選用HPC的質量分數為2%。圖11（b）為不同PVA質量分數的水凝膠織物的導電率。從圖11（b）可以看出水凝膠織物的導電率先增大再減小，在PVA質量分數為10%時導電率最大。主要原因是，當PVA含量過小時，水凝膠難以形成交聯結構，導致導電性能差，導電率降低。但當PVA含量進一步增大，交聯程度也隨之增大，使水凝膠結構密集，孔洞減少，水凝膠網絡中能夠自由移動的離子變少，導電率也降低。

本文制備的導電水凝膠織物具有良好的導電性，可以用于制備柔性傳感器。當導電水凝膠織物受到拉伸時，其橫截面積收縮，導電路徑的長度增長，使得單位體積內的導電離子濃度下降，電阻也相應的下降。圖12為水凝膠織物在不同拉伸變化下的電阻變化率。從圖12（a）可以看出水凝膠對大形變（30%、50%、70%）作出了響應，并且在5個拉伸循環中保持穩定。另外，對小形變（5%、10%、15%）也作出了精準的響應，如圖12（b）所示。同時，如圖12（c）所示，在300～1200 Hz/s的范圍里采用不同的拉伸速度對HPC2%-PVA水凝膠織物進行拉伸，可以看出拉伸速度越快，循環時間越少，并且在整個拉伸過程中電阻變化率基本保持穩定，說明該水凝膠織物對速度變化有良好的靈敏性和穩定性。圖12（d）為HPC2%-PVA水凝膠織物的靈敏度，該水凝膠織物的靈敏度為0.155，且相關線性系數達到了0.999，具有合適的靈敏度，電阻變化率和應變之間具有良好的線性關系，為傳感器在使用中做出精準響應提供了基礎。

制備的HPC2%-PVA導電水凝膠織物傳感器可以應用于監測人體運動。如圖13（a）所示，當手指以30°、60°、90°彎曲時，隨著彎曲角度的增大，相對電阻變化率也逐漸增大，并且在5個循環里，電阻變化率基本保持穩定。圖13（b）為手肘彎曲時的電阻變化，當手肘向下彎曲時，水凝膠織物傳感器可以精準地檢測到電信號。另外，將水凝膠織物傳感器貼附在手肘和膝蓋處，當這兩個部位發生彎曲時，水凝膠織物傳感器可以成功地檢測到電阻變化，并且在重復這些動作時，觀察到產生的電信號是重復且基本穩定的，如圖13（c）—（d）所示。這證明所制備的柔性傳感器可以對人體運動進行監測。此外，還發現柔性傳感器除了可以檢測人體較大運動，還可以對面部微表情等微小形變進行識別。如圖13（e）—（f），將制備的水凝膠織物傳感器貼附在面部，發現它可以清楚地識別張嘴和眨眼的動作。這說明該柔性傳感器具有良好的靈敏度，可以對人體多種運動進行監測。

3 結論

隨著人們對健康問題的重視，可穿戴柔性傳感器受到越來越多人的關注。本文以氯化鈉為導電材料，水和乙二醇作為溶劑，通過引入羥丙基纖維素控制水凝膠交聯程度，采用循環冷凍-解凍的物理交聯方法，制備了交聯程度可控制的聚乙烯醇抗凍導電水凝膠織物傳感器，并對其形貌結構、力學性能、導電性能和傳感性能進行研究。結果表明：

a）HPC的引入可以賦予PVA導電水凝膠多孔結構，達到控制水凝膠的交聯程度的目的，并吸引更多的導電離子進入，提高水凝膠的導電率，制備的導電水凝膠織物導電率可達到1.48 S/m。

b）滌氨織物和HPC的協同增強作用，使水凝膠具有較高強度，斷裂強度可達到16.77 MPa，韌性達到1.46 MJ/m3。

c）水和乙二醇作為溶劑，使導電水凝膠具有良好的抗凍性能，在-18 ℃下依然具有良好的導電性。

d）制備的導電水凝膠柔性傳感器具有良好的靈敏度，能對應變、速度均能作出良好的響應，并且能夠識別包括面部微表情在內的人體多種運動。

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Preparation and properties of controllable crosslinked PVA conductive

hydrogel fabric flexible sensor

LI" Shunyang，" ZHUGE" Chengyao，" L Wangyang，" LI" Nan

（College of Textile Science and Engineering （International Institute of Silk），

Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China）

Abstract：

In recent years， the demand for flexible sensors has been increasing. Among them， conductive hydrogel flexible sensors have attracted wide attention due to their excellent flexibility， biocompatibility and conductivity. Conductive hydrogels can be prepared by physical crosslinking， chemical crosslinking and radiation crosslinking. The crosslinking degree of conductive hydrogels directly affects their electrical conductivity and mechanical strength. However， the control of crosslnking degree of conductive hydrogels prepared by physical cross-linking is usually difficult. In order to control it， we chose to add hydroxypropyl cellulose （HPC） to reduce the crosslinking degree of polyvinyl alcohol （PVA） hydrogels. In addition， the traditional conductive hydrogel is hard to meet the high conductivity and high mechanical strength at the same time. Therefore， in order to address the issue of poor mechanical properties of traditional conductive hydrogels， we coated conductive hydrogels directly onto fabrics to produce conductive hydrogel fabrics. With good elasticity， high mechanical strength， good air permeability， and comfortable softness， knitted fabrics， particularly， can fit the human body well and are excellent substrates for preparing conductive hydrogel fabrics. Meanwhile， the introduced HPC can be used as a nano-filler to toughen and improve the mechanical strength of the conductive hydrogel. In this paper， HPC was introduced into the PVA hydrogel， and a hydrogel with controllable crosslinking degree was prepared by cyclic freezing-thawing method， and it was coated on polyester/spandex fabric （90% polyester amp; 10% spandex）. Sodium chloride （NaCl） was used as a conductive material to endow the hydrogel with electrical conductivity. Water （H2O） and ethylene glycol （EG） were used as solvents to make the prepared hydrogel have frost resistance. The introduction of polyester ammonia fabrics and HPC together enhanced the strength of the hydrogel. Analysis of scanning electron microscope images， Fourier transform infrared spectroscopy， mechanical properties， frost resistance and sensing properties was conducted on the conductive hydrogel fabrics we prepared. It was found that when the PVA content was 10% and the HPC content was 2%， the HPC-PVA conductive hydrogel fabric we prepared had the best performance. The mechanical strength was as high as 16.77 MPa， which was about 25 times that of pure hydrogels. At the same time， it had good conductivity， and the conductivity reached 1.48 S/m. It could recognize a variety of human movements including facial expressions. In addition， due to the introduction of EG， the conductive hydrogel fabric prepared by us had good frost resistance and could still work normally at -18 ℃. It also proved that the flexible sensor we prepared has a broader application range.

Keywords：

hydroxypropyl cellulose; polyvinyl alcohol hydrogel; crosslinked; flexible sensor

基金項目：國家自然科學基金項目（51703201）

作者簡介：黎順洋（1999—），女，湖北襄陽人，碩士研究生，主要從事智能紡織品方面的研究。

通信作者：李楠，E-mail：linan@zstu.edu.cn