CN109294134A - 一种自修复超灵敏导电电子皮肤传感器材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于传感器材料技术领域，具体涉及一种自修复超灵敏导电电子皮肤传感器材料及其制备方法。该方法将花青素包裹在氧化石墨烯表面，然后加入到聚乙烯醇（PVA）/甘油水溶液中混合均匀，经过硼砂溶液凝结后，制备出自修复超灵敏PVA水凝胶。本发明利用氧化石墨烯/花青素复合物使得PVA水凝胶具有超灵敏性能，因此可作为一种自修复超灵敏电子皮肤传感器材料。

Description

一种自修复超灵敏导电电子皮肤传感器材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种新型自修复电子皮肤传感器材料，具体地说，是涉及一种自修复超灵敏导电电子皮肤传感器材料及其制备方法。
背景技术
水凝胶（Hydrogel）是将具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和亲水残基，亲水残基与水分子结合，将水分子连接在网状内部，而疏水残基遇水膨胀的交联聚合物。水凝胶是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水。虽然制备水凝胶的材料有很多种，但聚乙烯醇（PVA）一直是制备水凝胶的首选聚合物。这主要是由于PVA水凝胶除了具备一般水凝胶的性能外,特别具有毒性低、吸水量高和生物相容性好等优点,因而非常适合作为一种皮肤传感器材料。
目前，主要生产的PVA水凝胶具有功能性单一等缺点。因此，为了满足生物医学和工业方面的广泛需求，研究和开发具有自修复性、超灵敏性的PVA水凝胶具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的提供一种自修复超灵敏导电电子皮肤传感器材料及其制备方法。本发明针对目前自修复PVA水凝胶功能单一的不足，首先制备了氧化石墨烯/花青素复合物，该复合物由于包含氧化石墨烯，因此可使PVA水凝胶具有超强导电性能；该复合物还包含花青素，可以使PVA水凝胶与氧化石墨烯发生交联作用，进一步增强PVA水凝胶的导电灵敏性能。
为实现本发明的目的，所采用的技术方案是：
本发明所述的一种自修复超灵敏导电电子皮肤传感器材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）花青素包裹氧化石墨烯的制备：
首先，称取氧化石墨烯加入到100ml水中，通过超声处理分散均匀后，加入花青素，并调节溶液pH值至8，在60℃下搅拌反应8h；最后在20000转/分钟离心机中分离得到氧化石墨烯/花青素复合物；氧化石墨烯与花青素的质量比为2:1。
（2）自修复超灵敏导电电子皮肤传感器材料的制备：
将氧化石墨烯/花青素复合物加入到20ml甘油/水溶液（甘油与水的体积比为9:1）中，通过超声处理分散均匀，然后加入聚乙烯醇（PVA），加热至95℃使PVA完全溶解；最后滴加5ml 5wt% 硼砂溶液后，制备得到自修复超灵敏电子皮肤传感器材料；氧化石墨烯与聚乙烯醇的质量比为1:30。
所述PVA的质量浓度为5-30%，优选质量浓度为15%。
所述氧化石墨烯/花青素复合物的质量浓度为5-40%。
相对于现有技术，本发明具有如下优点：
聚乙烯醇（PVA）是一种极安全的高分子有机物，对人体无毒，无副作用，具有良好的生物相容性，尤其在医疗中的如其水性凝胶在眼科、伤口敷料和人工关节方面的有广泛应用，同时在聚乙烯醇薄膜在药用膜，人工肾膜等方面也有使用。由于聚乙烯醇结构中具有许多氢键结合，可制备成自修复水凝胶。由于花青素的化学结构中包含多个酚羟基，具有优秀的化学交联性能。而氧化石墨烯具有超强的导电性能。在本发明中通过利用氧化石墨烯/花青素复合物赋予PVA自修复水凝胶超灵敏导电性能。
附图说明
图1 自修复超灵敏导电电子皮肤传感器材料监测人体皮肤；
图2 自修复超灵敏导电电子皮肤传感器材料的超灵敏性能；
图3 自修复超灵敏导电电子皮肤传感器材料的自修复性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明方法作进一步的详细说明。需要特别说明的是，本发明的保护范围应当包括但不限于本实施例所公开的技术内容。
实施例1
（1）花青素包裹氧化石墨烯的制备：
首先，称取0.1 g氧化石墨烯加入到100ml水中，通过超声处理分散均匀后，加入0.05 g花青素，并调节溶液pH值至8，在60℃下搅拌反应8h；最后在20000转/分钟离心机中分离得到氧化石墨烯/花青素复合物。
（2）自修复超灵敏导电电子皮肤传感器材料的制备：
将0.15 g氧化石墨烯/花青素复合物加入到20ml甘油/水溶液（甘油与水的体积比为9:1）中，通过超声处理分散均匀，然后加入3 g聚乙烯醇（PVA），加热至95℃使PVA完全溶解；最后滴加5 ml 5wt% 硼砂溶液后，制备得到自修复超灵敏电子皮肤传感器材料。
实施例2
（1）花青素包裹氧化石墨烯的制备：
首先，称取0.2 g氧化石墨烯加入到100ml水中，通过超声处理分散均匀后，加入0.1 g花青素，并调节溶液pH值至8，在60℃下搅拌反应8h；最后在20000转/分钟离心机中分离得到氧化石墨烯/花青素复合物。
（2）自修复超灵敏导电电子皮肤传感器材料的制备：
将0.3 g氧化石墨烯/花青素复合物加入到20ml甘油/水溶液（甘油与水的体积比为9:1）中，通过超声处理分散均匀，然后加入6 g聚乙烯醇（PVA），加热至95℃使PVA完全溶解；最后滴加5 ml 5wt% 硼砂溶液后，制备得到自修复超灵敏电子皮肤传感器材料。
实施例3
（1）花青素包裹氧化石墨烯的制备：
首先，称取0.3 g氧化石墨烯加入到100ml水中，通过超声处理分散均匀后，加入0.15 g花青素，并调节溶液pH值至8，在60℃下搅拌反应8h；最后在20000转/分钟离心机中分离得到氧化石墨烯/花青素复合物。
（2）自修复超灵敏导电电子皮肤传感器材料的制备：
将0.45 g氧化石墨烯/花青素复合物加入到20ml甘油/水溶液（甘油与水的体积比为9:1）中，通过超声处理分散均匀，然后加入9 g聚乙烯醇（PVA），加热至95℃使PVA完全溶解；最后滴加5 ml 5wt% 硼砂溶液后，制备得到自修复超灵敏电子皮肤传感器材料。
性能测试
将该自修复超灵敏导电电子皮肤传感器材料用于监测人体皮肤，如图1所示。可以看出，将该材料平铺在人的皮肤表面，通过挤压皮肤后，该材料的电阻发生急剧变化。说明该材料对皮肤外界的变化非常敏感，因此该材料非常适合作为一种新型超灵敏导电电子皮肤传感器。另外，还对该材料的超灵敏性能进行了测定，结果如图2所示，可以看出该材料的规格因数达到14.14，表明该材料对外界变化具有非常高的灵敏度。最后，还研究了该材料的自修复性能，如图3所示。可以看出，将该材料经过多次切断后，还能成功自修复，并恢复其导电性能，表明该材料具有优秀的自修复性能。

Claims (7)

1.一种自修复超灵敏导电电子皮肤传感器材料的制备方法，其特征在于：将花青素包裹在氧化石墨烯表面，然后加入到聚乙烯醇PVA/甘油水溶液中混合均匀，经过硼砂溶液凝结后，制备出自修复超灵敏PVA水凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种自修复超灵敏导电电子皮肤传感器材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）花青素包裹氧化石墨烯的制备：
首先，称取氧化石墨烯加入到100ml水中，通过超声处理分散均匀后，加入0.05 g花青素，并调节溶液pH值至8，在60℃下搅拌反应8h；最后在20000转/分钟离心机中分离得到氧化石墨烯/花青素复合物；
（2）自修复超灵敏电子皮肤传感器材料的制备：
将氧化石墨烯/花青素复合物加入到20ml甘油/水溶液中，通过超声处理分散均匀，然后加入聚乙烯醇PVA，加热至95℃使PVA完全溶解；最后滴加5 ml 5wt% 硼砂溶液后，制备得到自修复超灵敏电子皮肤传感器材料。
3.根据权利要求2所述的一种自修复超灵敏导电电子皮肤传感器材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）氧化石墨烯与花青素的质量比为2:1。
4.根据权利要求2所述的一种自修复超灵敏导电电子皮肤传感器材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中甘油/水溶液为甘油与水的体积比为9:1；氧化石墨烯与聚乙烯醇的质量比为1:30。
5.根据权利要求2所述的一种自修复超灵敏导电电子皮肤传感器材料的制备方法，其特征在于：所述氧化石墨烯/花青素复合物的质量浓度为5-30%。
6.根据权利要求2所述的一种自修复超灵敏导电电子皮肤传感器材料及其制备方法，其特征在于：所述PVA的质量浓度为5-30%。
7.一种如权利要求1~6任一项所述方法制备的自修复超灵敏导电电子皮肤传感器材料。
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