CN111333921A - 一种淀粉基柔性导电材料及其制备和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于导电材料领域，公开了一种淀粉基柔性导电材料及其制备和应用。该淀粉基柔性导电材料的制备包括以下步骤：将高直链淀粉与盐溶液均匀混合，加热至形成透明凝胶，再冷却至室温后即可得到淀粉基柔性导电材料。所述的高直链淀粉是指淀粉中直链淀粉含量为50％以上的天然淀粉。本发明制备的淀粉基柔性导电材料，相较于普通淀粉的不能成型，本发明采用高直链淀粉作为原料，在具有优异的导电性能的同时还具有优异的机械性能，材料的拉升强度可达到6‑8MPa，可满足常规传感器件的使用需求。

Description

一种淀粉基柔性导电材料及其制备和应用

技术领域

本发明属于导电材料领域，特别涉及一种淀粉基柔性导电材料及其制备和应用。

背景技术

随着经济发展和生活水平的提高，人们对自身健康越来越关心。用于监控各种生命体征数据的皮肤传感器件、尤其是一次性传感器件的市场需求巨大。而柔性导电材料因在皮肤传感器件中的广泛应用而备受关注。但目前，柔性导电材料大多以合成聚合物为基材，虽能满足皮肤传感器件对电导率、力学适应性、刺激响应性、长期稳定性、以及生物相容性等方面的要求，但由于它们无法降解，电子废弃物污染不可避免。且随着市场的增长，对于将来的大规模应用，也存在着加工成本高、回收困难等问题，易造成资源浪费。对此，开发廉价、可降解、绿色环保的柔性导电材料，用于一次性传感器件，是国家的政策导向，也是新材料开发的热点。

目前常用的可降解材料基材有天然生物高分子物质，如纤维素、淀粉、壳聚糖、海藻酸盐、蛋白质等；以及化学合成高分子物质，如聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚乳酸(PLA)、聚乙烯醇(PVA)等。其中淀粉是自然界中含量最丰富的高分子多糖之一，价格低廉，可再生，可降解，生物亲和性好，开发应用的潜力巨大。

淀粉是一种天然生物高分子物质，以微米级颗粒的形式存在。淀粉颗粒经过加工转变为淀粉链后，再进行分子链重排，可以得到淀粉基材料，已被广泛应用于可降解材料领域。但淀粉大分子不导电，目前市场上尚未见到以淀粉为基材的导电材料。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，针对皮肤传感器件和柔性导电材料的巨大市场需求，本发明的目的在于提供一种廉价可降解的淀粉基柔性导电材料。

本发明另一目的在于提供上述淀粉基柔性导电材料的制备方法。

本发明再一目的在于提供上述淀粉基柔性导电材料在制备传感器器件、可穿戴设备中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种环境友好的淀粉基柔性导电材料的制备方法，包括以下步骤：

将高直链淀粉与盐溶液混合均匀，加热至形成透明凝胶，再冷却至室温后即可得到淀粉基柔性导电材料。

所述的高直链淀粉是指淀粉中直链淀粉含量为50％以上的天然淀粉；

所述的盐溶液为氯化钙水溶液，无水氯化钙固体(CAS:10043-52-4)与水的质量比为1:1～1:2，优选为1:1.25；

所选高直链淀粉与所述盐溶液的质量比为1:1～1:3优选为1:2；

所述的盐溶液是先将盐溶解至水中，搅拌待其完全溶解后，冷却至室温待用。将高直链淀粉加入盐溶液中，充分搅拌，分散均匀后进行加热；

所述的加热是指加热至60-80℃，优选为70℃；所述的加热时间为20-60min，优选为30min。

一种由上述方法制备得到的淀粉基柔性导电材料。

上述的淀粉基柔性导电材料在制备传感器器件、可穿戴设备中的应用。

本发明的机理为：

氯化钙溶液中的钙离子和氯离子能促进淀粉多尺度结构相变，解构淀粉颗粒。溶液中的淀粉分子会进行重组，形成三维网络结构，将水分子锁定其中形成凝胶，同时也将作为溶剂化组分的离子锁定在水凝胶中。当对材料外加电压后，凝胶中的离子会定向移动，从而赋予淀粉基材料导电的功能。

本发明相对于现有技术具有如下的优点：

(1)本发明制备了可再生、可降解，环境友好的导电材料，且材料加工的工艺流程简单，能够适用于工业化生产。

(2)本发明制备的材料，相较于普通淀粉的不能成型，本发明采用高直链淀粉作为原料，在具有优异的导电性能的同时还具有优异的机械性能，材料的拉升强度可达到6-8MPa，可满足常规传感器件的使用需求。

附图说明

图1为实施例1所制备的淀粉基柔性导电材料的实物图。

图2为实施例1所制备的淀粉基柔性导电材料反复拉伸时电流的变化情况图。

图3为对比例1制备的淀粉基柔性导电材料的实物图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

(1)称取无水氯化钙固体4g加入到8g水中，搅拌溶解至澄清，并冷却至室温；

(2)称取6g高直链淀粉(美国国民淀粉公司，Gelose80)，加入(1)中的溶液，搅拌形成淀粉混合液；

(3)将(2)中的混合液均匀倒入圆形的容器中；

(4)将(3)中的容器放入80℃的水浴中，反应20min，得到透明的胶状液体；

(5)将(4)中的容器从水浴中取出，冷却至室温，得到材料。

上述步骤得到的淀粉基柔性导电材料的实际形貌图以及反复拉伸时电流的变化情况图分别如图1和图2所示，从图1和图2可以看出材料柔韧、有弹性，且作为导电材料时，材料形变会对电流产生显著影响。

上述步骤得到的淀粉基柔性导电材料的拉伸强度为7.7±0.3MPa，断裂伸长率为31.1±1.4％，电阻率为10.3±0.4Ω·m。

实施例2

(1)称取氯化钙固体4g加入到4g水中，搅拌溶解至澄清，并冷却至室温；

(2)称取5g高直链淀粉(海南甘霖农业科技发展有限公司，高直链玉米淀粉)，加入(1)中的溶液，搅拌形成淀粉混合液；

(3)将(2)中的混合液均匀倒入圆形的容器中；

(4)将(3)中的容器放入60℃的水浴中，反应60min，得到透明的胶状液体；

(5)将(4)中的容器从水浴中取出，冷却至室温，得到材料。

上述步骤得到的淀粉基柔性导电材料的拉伸强度为6.4±0.7Mpa，断裂伸长率为20.1±3.3％，电阻率为9.3±0.3Ω·m。

实施例3

(1)称取氯化钙固体4g加入到5g水中，搅拌溶解至澄清，并冷却至室温；

(2)称取4.5g高直链淀粉(美国国民淀粉公司，HylonⅦ)，加入(1)中的溶液，搅拌形成淀粉混合液；

(3)将(2)中的混合液均匀倒入圆形的容器中；

(4)将(3)中的容器放入70℃的水浴中，反应30min，得到透明的胶状液体；

(5)将(4)中的容器从水浴中取出，冷却至室温，得到材料。

上述步骤得到的淀粉基柔性导电材料的拉伸强度为6.7±0.4Mpa，断裂伸长率为36.1±1.1％，电阻率为6.3±0.8Ω·m。

对比例1

(1)称取氯化钙固体2g加入到4g水中，搅拌溶解至澄清，并冷却至室温；

(2)称取6g普通玉米淀粉(黄龙食品工业有限公司)，加入(1)中的溶液，搅拌形成淀粉混合液；

(3)将(2)中的混合液均匀倒入圆形的容器中；

(4)将(3)中的容器放入70℃的水浴中，反应30min，得到透明的胶状液体；

(5)将(4)中的容器从水浴中取出，冷却至室温，得到粘稠状凝胶，无法成型。

上述步骤得到的凝胶见图3所示。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种淀粉基柔性导电材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

将高直链淀粉与盐溶液混合均匀，加热至形成透明凝胶，再冷却至室温后即得到淀粉基柔性导电材料。

2.根据权利要求1所述的淀粉基柔性导电材料的制备方法，其特征在于：

所述的高直链淀粉是指淀粉中直链淀粉含量为50％以上的天然淀粉。

3.根据权利要求1或2所述的淀粉基柔性导电材料的制备方法，其特征在于：

所述的盐溶液为氯化钙水溶液，氯化钙水溶液的原料中无水氯化钙固体与水的质量比为1:1～1:2。

4.根据权利要求3所述的淀粉基柔性导电材料的制备方法，其特征在于：

所述的高直链淀粉与盐溶液的质量比为1:1～1:3。

5.根据权利要求1所述的淀粉基柔性导电材料的制备方法，其特征在于：

所述的加热是指加热至60-80℃；所述的加热时间为20-60min。

6.一种根据权利要求1-5任一项所述的方法制备得到的淀粉基柔性导电材料。

7.根据权利要求6所述的淀粉基柔性导电材料在制备传感器器件、可穿戴设备中的应用。

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