CN114720024A - 一种可降解柔性压容传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可降解柔性压容传感器及其制备方法,将铜纳米线悬浊液喷涂在干净的PET衬底上，形成一定方块电阻的导电纳米线薄膜，利用激光直写技术在导电纳米线薄膜上制备叉指电极，然后将制备好的壳聚糖溶液旋涂在叉指电极上，在50～70℃下的空气中固化一定时间，获得一定厚度的薄膜。将此薄膜从PET上剥离后，即制备了可降解柔性压容传感器。本发明制备的可降解柔性压容传感器厚度很薄，质地较软，性能优良，成本低廉，适合工业化生产，而且其在土壤中能够短时间内降解完毕，不会造成环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及电子功能器件领域，具体涉及一种可降解柔性压容传感器及其制备方法。
背景技术
柔性压容传感器作为一种新型的电子器件，在人机交互、医疗健康、机器人触觉等应用领域具有比刚性传感器更大的优势，但这也对材料提出了更严格的要求。它要求构成器件的材料很薄、较软，在某些情况下可贴合于人体皮肤表面或者植入体内，这进一步要求材料具有良好的生物相容性，并能与生物组织实现良好的力学匹配。在器件性能方面,柔性压力传感器的设计主要关注于灵敏度、响应时间、检测限、稳定性等性能的提高。目前，随着柔性压容传感器在医学上的应用越来越广泛，而其制备材料往往都是不可降解材料，这将对生态环境造成极大的污染，因此，开发可降解的柔性压容传感器已成为当务之急。
壳聚糖为天然多糖甲壳素脱除部分乙酰基的产物，具有生物降解性、生物相容性、无毒性、抑菌、抗癌、降脂、增强免疫等多种生理功能。铜纳米线具有低廉的价格和优秀的导电性，且无毒无害。因此，本发明将这二者相结合，从而制备出可降解柔性压容传感器。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种可降解柔性压容传感器及其制备方法，本发明制备的可降解柔性压容传感器性能优良，成本低廉，适合工业化生产。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种可降解柔性压容传感器的制备方法，包括如下步骤：
(1)、在一定质量的去离子水中加入冰乙酸，然后再加入丙三醇和戊二醛，形成混合溶液A。
(2)、将一定质量的壳聚糖粉末加入步骤(1)中的混合溶液A中，然后将其放在磁力搅拌机上以500～2000转/分钟的速度旋转搅拌1～5个小时，使壳聚糖粉末完全溶解，搅拌完成后再在室温下静置2～20h后形成稳定的混合溶液B。
(3)、将浓度为0.1～0.5wt％的铜纳米线悬浊液喷涂在干净的PET衬底上，形成方块电阻为2～10Ω/□的导电纳米线薄膜。
(4)、利用激光直写技术在步骤(3)中的导电纳米线薄膜上制备叉指电极。
(5)、将步骤(2)得到的混合溶液B旋涂在步骤(4)制备的叉指电极上。
(6)、将步骤(5)中得到的样品，在50～70℃的空气中固化10～30分钟，获得厚度约为1～5.0微米厚的薄膜。
(7)、将步骤(6)中得到的薄膜从PET上剥离后，即制备了可降解柔性压容传感器。
优选的，步骤(1)中所述的冰乙酸、丙三醇、戊二醛分别占混合溶液A的质量百分数为1～3％，2～5％，0.1～0.3％。
优选的，步骤(2)中所述的壳聚糖粉末的加入量占混合溶液A质量百分数为5～10％。
优选的，步骤(3)中所述的铜纳米线悬浊液为市售或者自制，所述的铜纳米线悬浊液的分散剂为乙醇。
优选的，步骤(4)中制备的叉指电极的宽度为100～300微米，间距为50～300微米，叉指电极的个数为5～20个。
优选的，步骤(5)中所述的旋涂速度为1000～5000转/分钟，旋涂时间为10～60秒。
一种由上述任意一项所述的可降解柔性压容传感器的制备方法得到的可降解柔性压容传感器。
一种可降解柔性压容传感器在柔性电子器件领域的应用。
一种可降解柔性压容传感器的厚度为1～5微米，在50kPa下电容的变化率为32％～55％，在土壤中20～40天可降解完毕。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明可降解柔性压容传感器的厚度很薄，仅为1～5微米，质地较软，而且性能优良，在50kPa下电容的变化率为32％～55％，制备工艺简单易操作，成本低廉，适合工业化生产，另外该可降解柔性压容传感器在土壤中能够短时间内降解完毕，不会造成环境污染。
附图说明
图1为实施例1所制备的可降解柔性压容传感器的叉指电极的结构图；
具体实施方式
为了更好地理解本发明的内容，下面将结合具体实施例和附图来进一步阐述本发明。以下实施例以本发明的技术为基础实施，给出了详细的实施方式和操作步骤，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
实施例1：
1)、在一定质量的去离子水中加入冰乙酸，然后再加入丙三醇和戊二醛，形成混合溶液A；其中冰乙酸、丙三醇、戊二醛分别占混合溶液A的质量百分数为2％，3％，0.2％。
2)、将一定质量的壳聚糖粉末加入步骤(1)中的混合溶液A中，然后将其放在磁力搅拌机上以1000转/分钟的速度旋转搅拌2小时，使壳聚糖粉末完全溶解，搅拌完成后再在室温下静置10h后形成稳定的混合溶液B。其中，壳聚糖粉末的加入量占混合溶液A的质量百分数为6％。
3)、将浓度为0.2wt％的铜纳米线悬浊液喷涂在干净的PET衬底上，形成方块电阻为5Ω/□的导电纳米线薄膜。
4)、利用激光直写技术在步骤(3)中的导电纳米线薄膜上制备叉指电极。叉指电极的宽度为200μm，间距为200μm，叉指电极的个数为10个。
5)、将步骤(2)得到的混合溶液B旋涂在步骤(4)制备的叉指电极上。旋涂速度为2000转/分钟，旋涂时间为30秒。
6)、将步骤(5)中得到的样品，在55℃下的空气中固化20分钟，获得厚度约为2.0μm厚的薄膜。
7)、将步骤(6)中得到的薄膜从PET上剥离后，即制备了可降解柔性压容传感器。
图1为本实施例所制备的可降解柔性压容传感器的叉指电极的结构图，叉指电极的宽度为200微米，间距为200微米，电极的个数为10个。
经检测，该可降解柔性压容传感器在50kPa下电容的变化率为50％，在土壤中30天可降解完毕。
实施例2：
1)、在一定质量的去离子水中加入冰乙酸，然后再加入丙三醇和戊二醛，形成混合溶液A；其中冰乙酸、丙三醇、戊二醛分别占混合溶液A的质量百分数为1％，2％，0.1％。
2)、将一定质量的壳聚糖粉末加入步骤(1)中的混合溶液A中，然后将其放在磁力搅拌机上以2000转/分钟的速度旋转搅拌1小时，使壳聚糖粉末完全溶解，搅拌完成后再在室温下静置2h后形成稳定的混合溶液B。其中，壳聚糖粉末的加入量占混合溶液A的质量百分数为5％。
3)、将浓度为0.5wt％的铜纳米线悬浊液喷涂在干净的PET衬底上，形成方块电阻为2Ω/□的导电纳米线薄膜。
4)、利用激光直写技术在步骤(3)中的导电纳米线薄膜上制备叉指电极。叉指电极的宽度为300μm，间距为300μm，叉指电极的个数为5个。
5)、将步骤(2)得到的混合溶液B旋涂在步骤(4)制备的叉指电极上。旋涂速度为1000转/分钟，旋涂时间为60秒。
6)、将步骤(5)中得到的样品，在70℃下的空气中固化10分钟，获得厚度约为1.0μm厚的薄膜。
7)、将步骤(6)中得到的薄膜从PET上剥离后，即制备了可降解柔性压容传感器。
经检测，该可降解柔性压容电传感器在50kPa下电容的变化率为55％，在土壤中20天可降解完毕。
实施例3：
1)、在一定质量的去离子水中加入冰乙酸，然后再加入丙三醇和戊二醛，形成混合溶液A；其中冰乙酸、丙三醇、戊二醛分别占混合溶液A的质量百分数为3％，5％，0.3％。
2)、将一定质量的壳聚糖粉末加入步骤(1)中的混合溶液A中，然后将其放在磁力搅拌机上以2000转/分钟的速度旋转搅拌5小时，使壳聚糖粉末完全溶解，搅拌完成后再在室温下静置20h后形成稳定的混合溶液B。其中，壳聚糖粉末的加入量占混合溶液A的质量百分数为10％。
3)、将浓度为0.1wt％的铜纳米线悬浊液喷涂在干净的PET衬底上，形成方块电阻为10Ω/□的导电纳米线薄膜。
4)、利用激光直写技术在步骤(3)中的导电纳米线薄膜上制备叉指电极。叉指电极的宽度为100μm，间距为50μm，叉指电极的个数为20个。
5)、将步骤(2)得到的混合溶液B旋涂在步骤(4)制备的叉指电极上。旋涂速度为5000转/分钟，旋涂时间为10秒。
6)、将步骤(5)中得到的样品，在50℃下的空气中固化30分钟，获得厚度约为5.0μm厚的薄膜。
7)、将步骤(6)中得到的薄膜从PET上剥离后，即制备了可降解柔性压容传感器。
经检测，该可降解柔性压容传感器在50kPa下电容的变化率为32％，在土壤中40天可降解完毕。
实施例4：
1)、在一定质量的去离子水中加入冰乙酸，然后再加入丙三醇和戊二醛，形成混合溶液A；其中冰乙酸、丙三醇、戊二醛分别占混合溶液A的质量百分数为2％，4％，0.3％。
2)、将一定质量的壳聚糖粉末加入步骤(1)中的混合溶液A中，然后将其放在磁力搅拌机上以1000转/分钟的速度旋转搅拌3小时，使壳聚糖粉末完全溶解，搅拌完成后再在室温下静置5h后形成稳定的混合溶液B。其中，壳聚糖粉末的加入量占混合溶液A的质量百分数为8％。
3)、将浓度为0.3wt％的铜纳米线悬浊液喷涂在干净的PET衬底上，形成方块电阻为4Ω/□的导电纳米线薄膜。
4)、利用激光直写技术在步骤(3)中的导电纳米线薄膜上制备叉指电极。叉指电极的宽度为100μm，间距为200μm，叉指电极的个数为15个。
5)、将步骤(2)得到的混合溶液B旋涂在步骤(4)制备的叉指电极上。旋涂速度为3000转/分钟，旋涂时间为30秒。
6)、将步骤(5)中得到的样品，在60℃下的空气中固化20分钟，获得厚度约为3.0μm厚的薄膜。
7)、将步骤(6)中得到的薄膜从PET上剥离后，即制备了可降解柔性压容传感器。
经检测，该可降解柔性压容传感器在50kPa下电容的变化率为42％，在土壤中32天可降解完毕。
以上所述仅是本发明的实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，本发明还可以根据以上结构和功能具有其它形式的实施例，不再一一列举。因此，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种可降解柔性压容传感器的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)、在一定质量的去离子水中加入冰乙酸，然后再加入丙三醇和戊二醛，形成混合溶液A；
(2)、将一定质量的壳聚糖粉末加入步骤(1)中的混合溶液A中，然后将其放在磁力搅拌机上以500～2000转/分钟的速度旋转搅拌1～5个小时，使壳聚糖粉末完全溶解，搅拌完成后再在室温下静置2～20h后形成稳定的混合溶液B；
(3)、将浓度为0.1～0.5wt％的铜纳米线悬浊液喷涂在干净的PET衬底上，形成方块电阻为2～10Ω/□的导电纳米线薄膜；
(4)、利用激光直写技术在步骤(3)中的导电纳米线薄膜上制备叉指电极；
(5)、将步骤(2)得到的混合溶液B旋涂在步骤(4)制备的叉指电极上；
(6)、将步骤(5)中得到的样品，在50～70℃的空气中固化10～30分钟，获得厚度约为1～5微米厚的薄膜；
(7)、将步骤(6)中得到的薄膜从PET上剥离后，即制备了可降解柔性压容传感器。
2.一种如权利要求1所述的可降解柔性压容传感器的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的冰乙酸、丙三醇、戊二醛分别占混合溶液A的质量百分数为1～3％，2～5％，0.1～0.3％。
3.一种如权利要求1所述的可降解柔性压容传感器的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的壳聚糖粉末的加入量占混合溶液A的质量百分数为5～10％。
4.一种如权利要求1所述的可降解柔性压容传感器的制备方法，其特征在于：步骤(4)中制备的叉指电极的宽度为100～300微米，间距为50～300微米，叉指电极的个数为5～20个。
5.一种如权利要求1所述的可降解柔性压容传感器的制备方法，其特征在于：步骤(5)中所述的旋涂速度为1000～5000转/分钟，旋涂时间为10～60秒。
6.一种如权利要求1～5任一项所述制备方法制得的可降解柔性压容传感器。
7.如权利要求6所述的可降解柔性压容传感器在在柔性电子器件领域的应用。
8.如权利要求6所述的可降解柔性压容传感器的厚度为1～5微米，在50kPa下电容的变化率为32％～55％，在土壤中20～40天可降解完毕。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115505156A (zh) * | 2022-09-27 | 2022-12-23 | 武汉工程大学 | 一种可图案化全降解生物基复合材料柔性电子器件及其制备方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113100710A (zh) * | 2021-04-01 | 2021-07-13 | 大连理工大学 | 一种可植入、可降解的位移传感器及其制备方法 |
| CN113960134A (zh) * | 2021-10-27 | 2022-01-21 | 南京农业大学 | 一种柔性葡萄糖生物传感器及其制备方法 |
-
2022
- 2022-03-27 CN CN202210307573.3A patent/CN114720024A/zh active Pending
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