CN106840478B - 一种基于再生胶原蛋白薄膜的柔性压力传感器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于胶原蛋白薄膜的压力传感器的制备方法，将皮粉溶解于离子液体中形成均一透明的胶原蛋白溶液，将所述的胶原蛋白溶液旋涂在基底上形成一层均匀的薄膜，然后将基底浸泡于去离子水中，洗涤，再将薄膜取出干燥至恒重，得到再生的胶原蛋白薄膜；用模版的方法在一张胶原蛋白薄膜上涂覆一层电极，用旋涂的方法在另一张胶原蛋白薄膜上涂覆一层导电材料，然后将两层接触，压紧，即完成柔性压力传感器的制备。本发明制备方法简单，材料选取方便，成本低，制备的柔性压力传感器灵敏度高，具有生物可降解性，可应用于人肢体活动的检测以及发音的识别，对柔性器件的便携式发展有着深远影响。
Description
技术领域
本发明涉及柔性压力传感器的制备，尤其涉及一种基于再生胶原蛋白薄膜的柔性压力传感器的制备方法。
背景技术
柔性压力传感器是一种能在压力作用下发生形变，并将形变通过电信号的形式表现出来的新型传感器，由于其具有如人体皮肤一样对外界的感知能力，因此往往被用于仿生“电子皮肤”系统。柔性传感器相对于传统传感器，具有柔性化，可拉伸，灵敏度高等性能，因此受到了人们的广泛关注，被广泛的应用于机器人，可穿戴设备，人机交互等领域。近年来，电子传感技术和有机电子学的迅速发展促进了柔性压力传感器的发展，而压力传感器作为一类信息采集器件也受到了越来越大的关注，得益于有机材料出色的柔韧性、低成本以及可大面积集成的特性，现如今大部分柔性压力传感器都是基于有机材料PET,PDMS等聚合物制得。然而由于这些高分子材料欠缺生物相容性，由此制得的可穿戴电子设备易造成人体的不适，同时由于其难以降解，易造成环境的污染等问题，因此寻找对环境更加友好的满足人体舒适度的基底材料近年来引起了普遍的关注。
本发明针对柔性压力传感器存在的技术问题，以具有生物相容性和降解性的天然高分子-胶原蛋白为原料，开发了一种基于再生胶原蛋白薄膜的柔性压力传感器的制备方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于再生胶原蛋白薄膜的柔性压力传感器的制备方法，结合半导体技术，利用碎皮材料易获取、溶解方法简单环保和所得薄膜的柔韧性和生物可降解性等特性，发明了一种工艺简单的制备高性能柔性压力传感器的方法。
本发明的目的可以通过以下措施达到：
一种基于再生胶原蛋白薄膜的柔性压力传感器的制备方法，将皮粉溶解于离子液体中形成均一透明的胶原蛋白溶液，将所述的胶原蛋白溶液旋涂在基底上形成一层均匀的薄膜，然后将基底浸泡于去离子水中，洗涤，再将薄膜取出干燥至恒重，得到再生的胶原蛋白薄膜；用模版的方法在一张胶原蛋白薄膜上涂覆一层电极，用旋涂的方法在另一张胶原蛋白薄膜上涂覆一层导电材料，然后将两层接触(将电极和导电材料置于两层胶原蛋白薄膜之间)，压紧，即完成柔性压力传感器的制备。
所述的皮粉由富含胶原蛋白的动物皮制成；所述的动物皮优选为牛皮或羊皮。
所述的离子液体为能溶解皮粉的离子液体，优选为1-乙基-3-甲基咪唑氯盐、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([BMIM]Cl)、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([EMIM]Ac)或1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐。进一步优选为[BMIM]Cl或[EMIM]Ac。
所述皮粉与离子液体的质量比为1:100～30:100，优选5：100～20：100。
所述的基底为玻璃片、硅片或者聚四氟乙烯板。
将所述的胶原蛋白溶液旋涂在基底上形成的薄膜的膜厚度为500nm-10μm，优选1μm-5μm。
所述的模版的方法为本领域所公知。即用一个制作好的模具，然后将电极溶液喷上去，根据不同的需求，这个模具可以制作成不同的形状。
所述电极的形状为叉指形、对称型指形、中心环绕形或树形。
所述导电材料包括为碳材料或导电金属；优选为碳纳米管、银纳米线。
采用上述的方法制备的生物可降解的高性能柔性压力传感器。
采用上述的方法制备的柔性压力传感器在传感领域的应用。
本发明的有益效果：
与现有技术相比，本发明具有的优势有：
首先，传统的柔性压力传感器选用的基底材料一般是由单体合成的聚合物，这类聚合物容易造成人体皮肤的不适，而且在自然环境中大多数要经过比较长的时间才能降解，造成环境污染。同时一般提取胶原蛋白的方法通常为酸法，碱法或者酶法，而本发明是将工业丢弃的皮革固废物打成皮粉，直接放入离子液体中进行溶解再生，得到柔性并具有一定透明度的生物可降解薄膜。
其次，本发明以上述薄膜为基底，制作了柔性并且生物可降解的压力传感器，该器件导电层来源丰富，制作方法简单，对环境要求宽松。
最后，本发明所制备的基于再生胶原蛋白薄膜的柔性压力传感器应用比较广泛，可以用来实时监测人体活动，发音识别等，这些广泛应用对穿戴式传感器件的开发、推广具有深远的意义。
附图说明
图1为制作的柔性压力传感器照片。
图2为本发明基于再生胶原蛋白薄膜的柔性压力传感器的结构示意图：其中两层薄膜分别涂覆银纳米线和叉指电极。
图3为本发明实施例得到的柔性压力传感器在不同压强下的电流-电压测试曲线。
图4为本发明实施例得到的柔性压力传感器在手指弯曲活动中的应用。
图5为本发明实施例得到的柔性压力传感器在发音识别中的应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下实施例只是用于更加清楚地说明本发明的性能，而不能仅局限于下面的实施例。
实施例1
称取5g离子液体[BMIM]Cl置于50ml圆底烧瓶中，逐步加入300mg牛皮粉进行溶解，形成均一透明的溶液，经过旋涂在玻璃片上形成一层均匀的3μm的薄膜，然后将玻璃板静置浸泡于去离子水中，每隔0.5h更换一次去离子水，共更换3次。然后将膜取出干燥至恒重，得到再生的胶原蛋白薄膜。用模板的方法在一张薄膜上涂覆一层叉指电极，用旋涂的方法在另一薄膜上涂覆一层银纳米线，然后将两层接触(将叉指电极和银纳米线置于两层胶原蛋白薄膜之间)，压紧，即完成柔性压力传感器的制备。所得柔性压力传感器在不同压强下的电流-电压测试曲线如图3所示，将其用于手指弯曲活动中测试曲线如图4所示。
实施例2
称取5g离子液体[EMIM]Ac于50ml圆底烧瓶中，逐步加入500mg打碎的牛皮粉进行溶解，形成均一透明的糖稀状溶液，经过旋涂在玻璃片上形成一层均匀的1μm的薄膜，然后将玻璃板静置浸泡于去离子水中，每隔0.5h更换一次去离子水，共更换3次。然后将膜取出干燥至恒重，得到再生的胶原蛋白薄膜。用模板的方法在一张薄膜上涂覆一层树形电极，用旋涂的方法在另一薄膜上涂覆碳纳米管，然后将两层接触(将叉指电极和银纳米线置于两层胶原蛋白薄膜之间)，压紧，即完成柔性压力传感器的制备。将其用于发音识别测试曲线如图5所示。
实施例3
称取5g离子液体[BMIM]Cl于50ml圆底烧瓶中，逐步加入1000mg打碎的牛皮粉进行溶解，形成均一透明的糖稀状溶液，经过旋涂在玻璃片上形成一层均匀的5μm的薄膜，然后将玻璃板静置浸泡于去离子水中，每隔0.5h更换一次去离子水，共更换3次。然后将膜取出干燥至恒重，得到再生的胶原蛋白薄膜。用模板的方法在一张薄膜上涂覆一层树形电极，用旋涂的方法在另一薄膜上涂覆碳纳米管，然后将两层接触(将叉指电极和银纳米线置于两层胶原蛋白薄膜之间)，压紧，即完成柔性压力传感器的制备。
Claims (15)
1.一种基于再生胶原蛋白薄膜的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：将皮粉溶解于离子液体中形成均一透明的胶原蛋白溶液，将所述的胶原蛋白溶液旋涂在基底上形成一层均匀的薄膜，然后将基底浸泡于去离子水中，洗涤，再将薄膜取出干燥至恒重，得到再生的胶原蛋白薄膜；用模版的方法在一张胶原蛋白薄膜上涂覆一层电极，用旋涂的方法在另一张胶原蛋白薄膜上涂覆一层导电材料，然后将两层接触，压紧，即完成柔性压力传感器的制备。
2.根据权利要求1所述的基于再生胶原蛋白薄膜的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：所述的皮粉由富含胶原蛋白的动物皮制成。
3.根据权利要求2所述的基于再生胶原蛋白薄膜的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：所述的动物皮为牛皮或羊皮。
4.根据权利要求1所述的基于再生胶原蛋白薄膜的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：所述的离子液体为能溶解皮粉的离子液体。
5.根据权利要求4所述的基于再生胶原蛋白薄膜的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：所述能溶解皮粉的离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑氯盐、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐。
6.根据权利要求1所述的基于再生胶原蛋白薄膜的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：所述皮粉与离子液体的质量比为1:100~30:100。
7.根据权利要求6所述的基于再生胶原蛋白薄膜的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：所述皮粉与离子液体的质量比为5：100~20：100。
8.根据权利要求1所述的基于再生胶原蛋白薄膜的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：所述的基底为玻璃片、硅片或者聚四氟乙烯板。
9.根据权利要求1所述的基于再生胶原蛋白薄膜的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：将所述的胶原蛋白溶液旋涂在基底上形成的薄膜的膜厚度为500 nm-10 μm。
10.根据权利要求9所述的基于再生胶原蛋白薄膜的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：将所述的胶原蛋白溶液旋涂在基底上形成的薄膜的膜厚度为1 μm-5 μm。
11.根据权利要求1所述的基于再生胶原蛋白薄膜的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：所述电极的形状为叉指形、对称型指形、中心环绕形或树形。
12.根据权利要求1所述的基于再生胶原蛋白薄膜的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：所述导电材料为碳材料或导电金属。
13.根据权利要求12所述的基于再生胶原蛋白薄膜的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于：所述导电材料为碳纳米管、银纳米线。
14.采用权利要求1所述的方法制备的生物可降解的高性能柔性压力传感器。
15.采用权利要求1所述的方法制备的柔性压力传感器在传感领域的应用。
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2017
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