CN115289989A - 一种基于液态镓的荧光电子皮肤用液态型柔性应变传感器 - Google Patents

一种基于液态镓的荧光电子皮肤用液态型柔性应变传感器 Download PDF

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陈浩东
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Abstract

本发明涉及柔性应变传感领域，本发明公开了一种基于液态镓的荧光电子皮肤用液态型柔性应变传感器。本发明首先制得还原氧化石墨烯，为了提高壳聚糖纤维的力学、电学和热学性能，将壳聚糖与石墨烯进行共混改性，通过纺丝制得RGO/壳聚糖导电纤维；考虑到石墨烯壳聚糖导电纤维的导电性不够理想，因此再浸涂银纳米线以提高导电性，增加传感器的灵敏度；然后通过荧光聚合物封装RGO/壳聚糖/Ag纳米线导电纤维，制得荧光电子皮肤用液态型柔性应变传感器。

Description

一种基于液态镓的荧光电子皮肤用液态型柔性应变传感器
技术领域
本发明涉及柔性应变传感领域，尤其涉及一种基于液态镓的荧光电子皮肤用液态型柔性应变传感器。
背景技术
随着社会的发展和科技的进步，可穿戴设备得到人们越来越广泛的关注，并逐渐改变着人们的生活。可穿戴设备主要指可直接穿戴在人身上的电子设备，是可以整合到衣服或类似服装的电子产品。下一代可穿戴电子产品要求系统直接佩戴在覆盖着高度可扩展的柔软弯曲的皮肤人体上。然而目前市场上存在的可穿戴产品大多是以戴为主，主要有智能手表、手环、眼镜等，而可以直接穿的产品却寥寥无几。为了获得智能纺织品，一种方法是将功能材料以堆叠的方式附着在平面织物上，以实现其功能，然而将功能材料堆叠在织物表面的这种方式大大降低了织物的柔软性、透气性、机械性等内在性能。而纤维作为织物的组成成分，由于其柔软、可变形、透气、耐用、耐水洗等特性已经被人类制造和使用了数千年，因此研究和制备具有功能化的柔性纤维对可穿戴设备的发展具有非常重要的意义。
壳聚糖是地球上第二丰富的天然聚合物。化学名为(1，4)-2-胺基-2-脱氧葡萄糖。几十年来，由于其良好的生物相容性、生物降解性、止血、抗菌等多功能性，在药物释放、分子分离、人工皮肤、传感器、骨替代物等方面得到了广泛的研究。此外，在纺织等许多应用中，它可以容易地被成制成纤维、薄膜、中空纤维和膜。纤维本身具有轻质、柔韧并且容易编织的特点，可以通过构筑柔性的纤维状器件以实现可穿戴应用。因此纤维状柔性器件已经受到广泛研究。主要能源类器件，例如纤维状太阳能电池、超级电容器、锂离子电池等。然而，这些能源器件最终目的是为了给相应的可穿戴电子器件提供能源，使其正常工作。除了构筑纤维状柔性器件编织到衣服以实现可穿戴的策略外，电子皮肤因为其高柔性轻薄的优点，可以直接贴合在人体皮肤上，从而实现电子器件的可穿戴应用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于液态镓的荧光电子皮肤用液态型柔性应变传感器。本发明首先制得还原氧化石墨烯，为了提高壳聚糖纤维的力学、电学和热学性能，将壳聚糖与石墨烯进行共混改性，通过纺丝制得RGO/壳聚糖导电纤维；考虑到石墨烯壳聚糖导电纤维的导电性不够理想，因此再浸涂银纳米线以提高导电性，增加传感器的灵敏度；然后通过荧光聚合物封装RGO/壳聚糖/Ag纳米线导电纤维，制得荧光电子皮肤用液态型柔性应变传感器。
本发明的具体技术方案为：一种基于液态镓的荧光电子皮肤用液态型柔性应变传感器，制备方法包括以下步骤：
步骤1：氧化石墨烯(GO)的制备：将石墨纳米片加入到铬酸洗液中超声分散；然后搅拌，倒入水，抽滤，洗涤，烘烤，冷却至室温。
GO 表面带有丰富的羧基活性位点，同时增加了溶液的分散性。
步骤2：还原氧化石墨烯（RGO）的制备：将所得氧化石墨烯的悬浮液和HI溶液的均匀混合物进行反应，离心并洗涤，得到还原氧化石墨烯悬浮液。
步骤3：RGO/壳聚糖复合浆料的制备：将还原氧化石墨烯悬浮液分散于磷酸缓冲溶液中，加入Triton X-100作为表面活性剂，超声处理，加入冰醋酸溶液，搅拌形成均匀RGO乙酸溶液；将壳聚糖加入RGO乙酸溶液中，搅拌直到完全溶解；对所得RGO/壳聚糖溶液进行离心，倒出上清液得到RGO/壳聚糖浆料；将RGO/壳聚糖浆料转移至纺丝容器中，进行脱泡处理。
壳聚糖具有很强的分子内和分子间氢键，溶解性能差，且溶解后纺丝原液的粘度很大，限制了纺丝原液的浓度，从而导致纤维强度过低，不足以满足广泛的应用。壳聚糖分子中含有大量的氨基和羟基，因此具有活泼的化学性，故可引入其他功能性基团以增加其功能性。为了提高壳聚糖纤维的力学、电学和热学性能，将壳聚糖与石墨烯进行共混改性。
步骤4：干湿法纺丝制备RGO/壳聚糖导电纤维：以脱泡后的RGO/壳聚糖浆料作为纺丝液进行纺丝，纺丝液被挤出喷丝头，经过空气进入凝固浴中，凝固浴为氢氧化钠溶液和乙醇的混合液；在凝固浴中固化，水洗，拉伸，干燥得到RGO/壳聚糖导电纤维。
步骤5：RGO/壳聚糖/Ag纳米线导电纤维传感器的制备：将所得RGO/壳聚糖导电纤维浸入银纳米线溶液中，抽出并烘干，再次浸入，再取出烘干，重复上述步骤多次后备用。
浸涂的次数不同得到的纤维导电性能不同。导电性随着浸涂的次数增加而增加。考虑到石墨烯壳聚糖导电纤维的导电性没有银纳米线好，所以浸涂银纳米线以提高导电性，增加传感器的灵敏度。
步骤6：荧光聚合物复合材料的制备：首先将AIEgens在甲苯中搅拌溶解，将正硅酸乙酯加入所得AIEgens溶液中搅拌；然后对所得混合物抽真空直至溶剂全部挥发；加入硫磺进行交联，混合，将混合物真空脱气，进行预固化。
步骤7：荧光聚合物封装RGO/壳聚糖/Ag纳米线导电纤维：拉直RGO/壳聚糖/Ag纳米线导电纤维并用铜箔导电胶带固定在纸架两端，用一个纸架包裹纤维，将荧光聚合物倒入纸架，固化后实现纤维中段的封装，两端不封装。
本发明纤维表面包一层荧光聚合物进行封装，一方面可以保护银纳米线和传感器，另一方面考虑到现有的功能器件要求具有丰富多彩的外观，以满足人们多样化的审美需求和先进的光学应用需求。
步骤8：液体通道模具的制备：将正硅酸乙酯和铂金催化剂混合，搅拌均匀，真空脱气后倒入传感器模具中，静置固化，得到固化的聚合物；用注射器吸入液态金属Ga并注入到液态金属模具中，用玻璃片压紧，对液态金属进行降温至固态；得到长方体镓金属，取出并将其作为液体通道模具。
本发明用降温喷雾喷在玻璃片表面对液态金属进行降温，温度达到0℃，液态金属变成固态。
步骤9：传感器的组装：将步骤7所得的不封装的纤维两端作为电极分别置于步骤8固化的聚合物上，然后将液体通道模具置于固化的聚合物上，压住纤维两端；将正硅酸乙酯和铂金催化剂混合搅拌均匀，真空脱气后倒入传感器模具中，以包裹电极以及液体通道模具，静置固化后制得皮肤用液态型柔性应变传感器。
作为优选，步骤1具体包括：将100-120 mg石墨纳米片加入到560-600 ml铬酸洗液中超声分散30-40min；然后35-40℃下机械搅拌10-20min，倒入1-2L去离子水，抽滤，水洗3-5次，乙醇洗2-3次；110-120℃烘烤3-3.5h，冷至室温后备用。
作为优选，步骤2具体包括：按体积比8-12：1将所得氧化石墨烯的悬浮液和40-50wt%的HI溶液的均匀混合物在85-90℃下反应2-2.5h，得到还原氧化石墨烯悬浮液；8000-9000 r/min离心并洗涤还原氧化石墨烯悬浮液3-5次，备用。
作为优选，步骤3具体包括：将3-4 ml还原氧化石墨烯悬浮液分散于8-12 ml 0.1M磷酸缓冲溶液中，加入1-2 ml 1wt%的Triton X-100作为表面活性剂，用超声波细胞破碎仪超声处理30-35min，然后加入1-2 ml 2-3%的冰醋酸溶液，搅拌10-15min形成均匀RGO乙酸溶液；将1-2g壳聚糖加入RGO乙酸溶液中，在40-50℃恒温水浴锅中搅拌50-60 min直到完全溶解；最后用离心机对所得RGO/壳聚糖溶液在13000-17000 r/min下进行离心处理，倒出上清液得到RGO/壳聚糖浆料；将RGO/壳聚糖浆料转移至10ml容量的纺丝容器中，然后将纺丝容器置于45-55℃的真空箱中进行脱泡处理过夜。
作为优选，步骤4具体包括：以脱泡后的RGO/壳聚糖浆料作为纺丝液进行纺丝，纺丝速度为0.2-0.4m min-1，纺丝液被挤出喷丝头，经过空气进入凝固浴中，凝固浴为体积比为0.8-1.2:1的3-7wt%氢氧化钠溶液和93-97wt%乙醇的混合液；在凝固浴中固化30-35min，水洗2-3次，拉伸，vr1 = 3.6 cm/s，vr2 = 3.8 cm/s，室温干燥得到RGO/壳聚糖导电纤维。
作为优选，步骤5具体包括：将所得RGO/壳聚糖导电纤维浸入8-12mg ml-1的银纳米线溶液中，然后抽出并在40-50℃下烘干，再次浸入，再取出烘干，重复上述步骤2-3次后备用。
作为优选，步骤6具体包括：首先将2-3 g AIEgens在甲苯中搅拌溶解，将9-10g正硅酸乙酯加入所得AIEgens溶液中搅拌10-15min；然后对所得混合物在60-70℃下抽真空处理直至溶剂全部挥发；加入1-1.2 g硫磺进行交联，混合2-3min，将混合物置于37-40℃真空箱中真空脱气，在50-60℃下进行预固化13-15min。
作为优选，步骤7具体包括：拉直RGO/壳聚糖/Ag纳米线导电纤维并用铜箔导电胶带固定在纸架两端，用一个纸架包裹纤维，将荧光聚合物倒入纸架，90-100℃固化10-12h后实现纤维中段的封装，两端不封装。
作为优选，步骤8具体包括：将20-25ml正硅酸乙酯和20-25ml铂金催化剂混合，搅拌3-5min，37-40℃真空脱气10-15min后倒入传感器模具中，室温静置1-15 h；用注射器吸入2-3g液态金属Ga并注入到液态金属模具中，用玻璃片压紧，用降温喷雾喷于玻璃片表面对液态金属进行降温，温度达到0℃，液态金属变成固态，得到长40-50mm，宽5-7mm，厚0.8-1.2mm的长方体镓金属，取出并将其作为液体通道模具。
作为优选，步骤9具体包括：将步骤7所得的不封装的纤维两端作为电极分别置于步骤8固化的聚合物上，然后将液体通道模具置于固化的聚合物上，压住纤维两端；将20-25ml正硅酸乙酯和20-25ml铂金催化剂混合搅拌均匀，37-40℃真空脱气10-15min后倒入传感器模具中，以包裹电极以及液体通道模具，室温静置固化3-4h后制得皮肤用液态型柔性应变传感器；传感器的整体尺寸为长60-70mm，宽25-35mm，厚3-5mm
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
（1）本发明GO 表面带有丰富的羧基活性位点，同时增加了溶液的分散性。
（2）壳聚糖具有很强的分子内和分子间氢键，溶解性能差，且溶解后纺丝原液的粘度很大，限制了纺丝原液的浓度，从而导致纤维强度过低，不足以满足广泛的应用。壳聚糖分子中含有大量的氨基和羟基，因此具有活泼的化学性，故可引入其他功能性基团以增加其功能性。为了提高壳聚糖纤维的力学、电学和热学性能，将壳聚糖与石墨烯进行共混改性。
（3）浸涂的次数不同得到的纤维导电性能不同，导电性随着浸涂的次数增加而增加，考虑到石墨烯壳聚糖导电纤维的导电性没有银纳米线好，所以浸涂银纳米线以提高导电性，增加传感器的灵敏度。
（4）本发明纤维表面包一层荧光聚合物进行封装，一方面可以保护银纳米线和传感器，另一方面考虑到现有的功能器件要求具有丰富多彩的外观，以满足人们多样化的审美需求和先进的光学应用需求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
步骤1：氧化石墨烯(GO)的制备：将100 mg石墨纳米片加入到560 ml铬酸洗液中超声分散30 min；然后35℃下机械搅拌10 min，倒入1升去离子水，抽滤，水洗3 次，乙醇洗2次；110℃烘烤3小时，冷至室温后备用；
步骤2：还原氧化石墨烯（RGO）的制备：将GO悬浮液和HI（40wt%）均匀混合物（体积比：GO悬浮液：HI=10：1）在85℃的烤箱中反应2h；离心（8000 r/min）并洗涤RGO悬浮液3次，备用；
步骤3：RGO/壳聚糖复合浆料的制备：将3 ml RGO分散于10 ml 0.1M的磷酸缓冲溶液（PBS，pH7.4）中，加入1-2 ml Triton X-100（1wt%）作为表面活性剂，用超声波细胞破碎仪超声处理30min，然后加入1 ml 2%的冰醋酸溶液，搅拌10min形成均匀RGO乙酸溶液；将1g壳聚糖加入RGO乙酸溶液中，在40℃恒温水浴锅中搅拌50min直到完全溶解；最后用离心机对RGO/壳聚糖溶液进行离心（15000 r/min），倒出上清液得到RGO/壳聚糖浆料；将RGO/壳聚糖浆料转移至10ml容量的纺丝容器中(医用注射器)，然后将纺丝容器置于45℃的真空箱中进行脱泡处理过夜；
步骤4：干湿法纺丝制备RGO/壳聚糖导电纤维：将纺丝容器在蠕动泵固定好，设置纺丝速度为（0.3m min-1），纺丝液被挤出喷丝头，经过空气进入凝固浴中，凝固浴的组成为5%的氢氧化钠溶液和95%的乙醇（体积比为1:1）；在凝固浴中固化30min，水洗2次，拉伸（vr1=3.6cm/s，vr2=3.8cm/s），室温干燥得到RGO/壳聚糖导电纤维；
步骤5：RGO/壳聚糖/Ag纳米线导电纤维传感器的制备：将制备好的RGO/壳聚糖导电纤维浸入银纳米线溶液（10mg ml-1）中，然后慢慢抽出在40℃烘箱中快速烘干，再次浸入，然后取出烘干，重复上述步骤2次备用；
步骤6：荧光聚合物复合材料的制备：首先将 2g AIEgens在甲苯中搅拌溶解，将道康宁184的9g预聚物（A部分，主要成分是正硅酸乙酯）加入AIEgens溶液中搅拌10min；然后将混合物放入60℃真空箱中进行抽真空处理直到所有的溶剂全部挥发掉；加入1g固化剂（B部分，主要成分是硫磺）交联，手工混合2min将混合物置于37℃真空箱中脱气过夜，将混合物置于50℃的鼓风干燥箱中预固化13min；
步骤7：荧光聚合物封装RGO/壳聚糖/Ag纳米线导电纤维：拉直RGO/壳聚糖/Ag纳米线导电纤维用铜箔导电胶带固定在纸架两端，用一个纸架包裹纤维，将一层薄薄的荧光聚合物树脂倒入纸架，以90℃固化10h，两端不封装；
步骤8：液体通道模具的制备：将Ecoflex0050的20ml 预聚物（主要成分是正硅酸乙酯）和20ml固化剂（铂金催化剂）等体积比混合，用玻璃棒均匀搅拌3min，37℃真空脱气10min倒入传感器模具中，在室温下等待1h；用注射器吸入2g液态金属Ga，将其注入到液态金属模具，用玻璃片压紧，用降温喷雾喷在玻璃片表面对液态金属进行降温，温度达到0℃，液态金属变成固态；取出低温成型的长方体镓金属(长：45mm，宽6mm，厚1mm)，并将其作为液体通道模具；
步骤9：荧光电子皮肤的组装：将步骤7的不封装的荧光导电纤维两端作为电极分别放在固化1h的Ecoflex0050上，然后将液体通道模具置于Ecoflex0050上，压住两边的荧光导电纤维；将Ecoflex0050的20ml预聚物和20ml固化剂等体积比混合，用玻璃棒均匀搅拌3min，37℃真空脱气10min倒入传感器模具中，以包裹电极以及液体通道模具，室温等待3h后，Ecoflex0050完全固化，此时液态型柔性应变传感器制备完毕，传感器的整体尺寸为长65mm，宽30mm，厚4mm。
实施例2
步骤1：氧化石墨烯(GO)的制备：将110 mg石墨纳米片加入到580 ml 铬酸洗液中超声分散35 min；然后37 ℃下机械搅拌 15 min，倒入1升去离子水，抽滤，水洗 4 次，乙醇洗 2 次；115℃烘烤3小时，冷至室温后备用；
步骤2：还原氧化石墨烯（RGO）的制备：将GO悬浮液和HI（45 wt%）均匀混合物（体积比：GO悬浮液：HI=10：1）在85℃的烤箱中反应2h；离心（8500 r/min）并洗涤RGO悬浮液4次，备用；
步骤3：RGO/壳聚糖复合浆料的制备：将3 ml RGO分散于10 ml 0.1M的磷酸缓冲溶液（PBS，pH7.4）中，加入1 ml Triton X-100（1wt%）作为表面活性剂，用超声波细胞破碎仪超声处理33min，然后加入1.5ml 2%的冰醋酸溶液，搅拌12min形成均匀RGO乙酸溶液；将1.5g壳聚糖加入RGO乙酸溶液中，在45℃恒温水浴锅中搅拌55 min直到完全溶解；最后用离心机对RGO/壳聚糖溶液进行离心（15000 r/min），倒出上清液得到RGO/壳聚糖浆料；将RGO/壳聚糖浆料转移至10ml容量的纺丝容器中(医用注射器)，然后将纺丝容器置于50℃的真空箱中进行脱泡处理过夜；
步骤4：干湿法纺丝制备RGO/壳聚糖导电纤维：将纺丝容器在蠕动泵固定好，设置纺丝速度为（0.3m min-1），纺丝液被挤出喷丝头，经过空气进入凝固浴中，凝固浴的组成为5%的氢氧化钠溶液和95%的乙醇（体积比为1:1）；在凝固浴中固化30min，水洗2次，拉伸（vr1=3.6cm/s，vr2=3.8cm/s），室温干燥得到RGO/壳聚糖导电纤维；
步骤5：RGO/壳聚糖/Ag纳米线导电纤维传感器的制备：将制备好的RGO/壳聚糖导电纤维浸入银纳米线溶液（10mg ml-1）中，然后慢慢抽出在45℃烘箱中快速烘干，再次浸入，然后取出烘干，重复上述步骤3次备用；
步骤6：荧光聚合物复合材料的制备：首先将2.5 g AIEgens在甲苯中搅拌溶解，将道康宁184的10g预聚物（A部分，主要成分是正硅酸乙酯）加入AIEgens溶液中搅拌13min；然后将混合物放入65℃真空箱中进行抽真空处理直到所有的溶剂全部挥发掉；加入1.2g固化剂（B部分，主要成分是硫磺）交联，手工混合3min将混合物置于40℃真空箱中脱气过夜，将混合物置于55℃的鼓风干燥箱中预固化14min；
步骤7：荧光聚合物封装RGO/壳聚糖/Ag纳米线导电纤维：拉直RGO/壳聚糖/Ag纳米线导电纤维用铜箔导电胶带固定在纸架两端，用一个纸架包裹纤维，将一层薄薄的荧光聚合物树脂倒入纸架，以95℃固化11h，两端不封装；
步骤8：液体通道模具的制备：将Ecoflex0050的23ml 预聚物（主要成分是正硅酸乙酯）和23ml固化剂（铂金催化剂）等体积比混合，用玻璃棒均匀搅拌4min，38.5℃真空脱气13min倒入传感器模具中，在室温下等待7 h；用注射器吸入2.5g液态金属Ga，将其注入到液态金属模具，用玻璃片压紧，用降温喷雾喷在玻璃片表面对液态金属进行降温，温度达到0℃，液态金属变成固态；取出低温成型的长方体镓金属(长：45mm，宽6mm，厚1mm)，并将其作为液体通道模具；
步骤9：荧光电子皮肤的组装：将步骤7的不封装的荧光导电纤维两端作为电极分别放在固化1h的Ecoflex0050上，然后将液体通道模具置于Ecoflex0050上，压住两边的荧光导电纤维；将Ecoflex0050的23ml 预聚物和23ml固化剂等体积比混合，用玻璃棒均匀搅拌4min，39℃真空脱气13min倒入传感器模具中，以包裹电极以及液体通道模具，室温等待3.5h后，Ecoflex0050完全固化，此时液态型柔性应变传感器制备完毕，传感器的整体尺寸为长65mm，宽30mm，厚4mm。
实施例3
步骤1：氧化石墨烯(GO)的制备：将120 mg石墨纳米片加入到600 ml 铬酸洗液中超声分散40 min；然后40 ℃下机械搅拌 20 min，倒入2升去离子水，抽滤，水洗 5 次，乙醇洗 3 次；120℃烘3.5小时，冷至室温后备用；
步骤2：还原氧化石墨烯（RGO）的制备：将GO悬浮液和HI（50 wt%）均匀混合物（体积比：GO悬浮液：HI=10：1）在90℃的烤箱中反应2.5h；离心（9000 r/min）并洗涤RGO悬浮液5次，备用；
步骤3：RGO/壳聚糖复合浆料的制备：将4 ml RGO分散于10 ml 0.1M的磷酸缓冲溶液（PBS，pH7.4）中，加入2 ml Triton X-100（1wt%）作为表面活性剂，用超声波细胞破碎仪超声处理35min，然后加入2 ml 3%的冰醋酸溶液，搅拌15min形成均匀RGO乙酸溶液；将2g壳聚糖加入RGO乙酸溶液中，在50℃恒温水浴锅中搅拌60 min直到完全溶解；最后用离心机对RGO/壳聚糖溶液进行离心（15000 r/min），倒出上清液得到RGO/壳聚糖浆料；将RGO/壳聚糖浆料转移至10ml容量的纺丝容器中(医用注射器)，然后将纺丝容器置于55℃的真空箱中进行脱泡处理过夜；
步骤4：干湿法纺丝制备RGO/壳聚糖导电纤维：将纺丝容器在蠕动泵固定好，设置纺丝速度为（0.3m min-1），纺丝液被挤出喷丝头，经过空气进入凝固浴中，凝固浴的组成为5%的氢氧化钠溶液和95%的乙醇（体积比为1:1）；在凝固浴中固化35min，水洗3次，拉伸（vr1=3.6cm/s，vr2=3.8cm/s），室温干燥得到RGO/壳聚糖导电纤维；
步骤5：RGO/壳聚糖/Ag纳米线导电纤维传感器的制备：将制备好的RGO/壳聚糖导电纤维浸入银纳米线溶液（10mg ml-1）中，然后慢慢抽出在50℃烘箱中快速烘干，再次浸入，然后取出烘干，重复上述步骤3次备用；
步骤6：荧光聚合物复合材料的制备：首先将3g AIEgens在甲苯中搅拌溶解，将道康宁184的10g 预聚物（A部分，主要成分是正硅酸乙酯）加入AIEgens溶液中搅拌15min；然后将混合物放入70℃真空箱中进行抽真空处理直到所有的溶剂全部挥发掉；加入1.2g固化剂（B部分，主要成分是硫磺）交联，手工混合3min将混合物置于40℃真空箱中脱气过夜，将混合物置于60℃的鼓风干燥箱中预固化15min；
步骤7：荧光聚合物封装RGO/壳聚糖/Ag纳米线导电纤维：拉直RGO/壳聚糖/Ag纳米线导电纤维用铜箔导电胶带固定在纸架两端，用一个纸架包裹纤维，将一层薄薄的荧光聚合物树脂倒入纸架，以100℃固化12h，两端不封装；
步骤8：液体通道模具的制备：将Ecoflex0050的25ml预聚物（主要成分是正硅酸乙酯）和25ml固化剂（铂金催化剂）等体积比混合，用玻璃棒均匀搅拌5min，40℃真空脱气15min倒入传感器模具中，在室温下等待15 h；用注射器吸入3g液态金属Ga，将其注入到液态金属模具，用玻璃片压紧，用降温喷雾喷在玻璃片表面对液态金属进行降温，温度达到0℃，液态金属变成固态；取出低温成型的长方体镓金属(长：45mm，宽6mm，厚1mm)，并将其作为液体通道模具；
步骤9：荧光电子皮肤的组装：将步骤7的不封装的荧光导电纤维两端作为电极分别放在固1.5h的Ecoflex0050上，然后将液体通道模具置于Ecoflex0050上，压住两边的荧光导电纤维；将Ecoflex0050的25ml 预聚物和25ml固化剂等体积比混合，用玻璃棒均匀搅拌5min，40℃真空脱气15min倒入传感器模具中，以包裹电极以及液体通道模具，室温等待4h后，Ecoflex0050完全固化，此时液态型柔性应变传感器制备完毕，传感器的整体尺寸为长65mm，宽30mm，厚4mm。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于液态镓的荧光电子皮肤用液态型柔性应变传感器，其特征在于：制备方法包括以下步骤：
步骤1：氧化石墨烯的制备：将石墨纳米片加入到铬酸洗液中超声分散；然后搅拌，倒入水，抽滤，洗涤，烘烤，冷却至室温；
步骤2：还原氧化石墨烯的制备：将所得氧化石墨烯的悬浮液和HI溶液的均匀混合物进行反应，离心并洗涤，得到还原氧化石墨烯悬浮液；
步骤3：RGO/壳聚糖复合浆料的制备：将还原氧化石墨烯悬浮液分散于磷酸缓冲溶液中，加入Triton X-100作为表面活性剂，超声处理，加入冰醋酸溶液，搅拌形成均匀RGO乙酸溶液；将壳聚糖加入RGO乙酸溶液中，搅拌直到完全溶解；对所得RGO/壳聚糖溶液进行离心，倒出上清液得到RGO/壳聚糖浆料；将RGO/壳聚糖浆料转移至纺丝容器中，进行脱泡处理；
步骤4：干湿法纺丝制备RGO/壳聚糖导电纤维：以脱泡后的RGO/壳聚糖浆料作为纺丝液进行纺丝，纺丝液被挤出喷丝头，经过空气进入凝固浴中，凝固浴为氢氧化钠溶液和乙醇的混合液；在凝固浴中固化，水洗，拉伸，干燥得到RGO/壳聚糖导电纤维；
步骤5：RGO/壳聚糖/Ag纳米线导电纤维传感器的制备：将所得RGO/壳聚糖导电纤维浸入银纳米线溶液中，抽出并烘干，再次浸入，再取出烘干，重复上述步骤多次后备用；
步骤6：荧光聚合物复合材料的制备：首先将AIEgens在甲苯中搅拌溶解，将正硅酸乙酯加入所得AIEgens溶液中搅拌；然后对所得混合物抽真空直至溶剂全部挥发；加入硫磺进行交联，混合，将混合物真空脱气，进行预固化；
步骤7：荧光聚合物封装RGO/壳聚糖/Ag纳米线导电纤维：拉直RGO/壳聚糖/Ag纳米线导电纤维并用铜箔导电胶带固定在纸架两端，用一个纸架包裹纤维，将荧光聚合物倒入纸架，固化后实现纤维中段的封装，两端不封装；
步骤8：液体通道模具的制备：将正硅酸乙酯和铂金催化剂混合，搅拌均匀，真空脱气后倒入传感器模具中，静置固化，得到固化的聚合物；用注射器吸入液态金属Ga并注入到液态金属模具中，用玻璃片压紧，对液态金属进行降温至固态；得到长方体镓金属，取出并将其作为液体通道模具；
步骤9：传感器的组装：将步骤7所得的不封装的纤维两端作为电极分别置于步骤8固化的聚合物上，然后将液体通道模具置于固化的聚合物上，压住纤维两端；将正硅酸乙酯和铂金催化剂混合搅拌均匀，真空脱气后倒入传感器模具中，以包裹电极以及液体通道模具，静置固化后制得皮肤用液态型柔性应变传感器。
2.如权利要求1所述的柔性应变传感器，其特征在于：步骤1具体包括：将100-120 mg石墨纳米片加入到560-600 ml铬酸洗液中超声分散30-40min；然后35-40℃下机械搅拌10-20min，倒入1-2L去离子水，抽滤，水洗 3-5次，乙醇洗2-3次；110-120℃烘烤3-3.5h，冷至室温后备用。
3.如权利要求1所述的柔性应变传感器，其特征在于：步骤2具体包括：按体积比8-12：1将所得氧化石墨烯的悬浮液和40-50 wt%的HI溶液的均匀混合物在85-90℃下反应2-2.5h，得到还原氧化石墨烯悬浮液；8000-9000 r/min离心并洗涤还原氧化石墨烯悬浮液3-5次，备用。
4.如权利要求1所述的柔性应变传感器，其特征在于：步骤3具体包括：将3-4 ml还原氧化石墨烯悬浮液分散于8-12 ml 0.1M磷酸缓冲溶液中，加入1-2 ml 1wt%的Triton X-100作为表面活性剂，用超声波细胞破碎仪超声处理30-35min，然后加入1-2 ml 2-3%的冰醋酸溶液，搅拌10-15min形成均匀RGO乙酸溶液；将1-2g壳聚糖加入RGO乙酸溶液中，在40-50℃恒温水浴锅中搅拌50-60 min直到完全溶解；最后用离心机对所得RGO/壳聚糖溶液在13000-17000 r/min下进行离心处理，倒出上清液得到RGO/壳聚糖浆料；将RGO/壳聚糖浆料转移至10ml容量的纺丝容器中，然后将纺丝容器置于45-55℃的真空箱中进行脱泡处理过夜。
5.如权利要求1所述的柔性应变传感器，其特征在于：步骤4具体包括：以脱泡后的RGO/壳聚糖浆料作为纺丝液进行纺丝，纺丝速度为0.2-0.4m min-1，纺丝液被挤出喷丝头，经过空气进入凝固浴中，凝固浴为体积比为0.8-1.2:1的3-7wt%氢氧化钠溶液和93-97wt%乙醇的混合液；在凝固浴中固化30-35min，水洗2-3次，拉伸，vr1 = 3.6 cm/s，vr2 = 3.8 cm/s，室温干燥得到RGO/壳聚糖导电纤维。
6.如权利要求1所述的柔性应变传感器，其特征在于：步骤5具体包括：将所得RGO/壳聚糖导电纤维浸入8-12mg ml-1的银纳米线溶液中，然后抽出并在40-50℃下烘干，再次浸入，再取出烘干，重复上述步骤2-3次后备用。
7.如权利要求1所述的柔性应变传感器，其特征在于：步骤6具体包括：首先将2-3 gAIEgens在甲苯中搅拌溶解，将9-10g正硅酸乙酯加入所得AIEgens溶液中搅拌10-15min；然后对所得混合物在60-70℃下抽真空处理直至溶剂全部挥发；加入1-1.2 g硫磺进行交联，混合2-3min，将混合物置于37-40℃真空箱中真空脱气，在50-60℃下进行预固化13-15min。
8.如权利要求1所述的柔性应变传感器，其特征在于：步骤7具体包括：拉直RGO/壳聚糖/Ag纳米线导电纤维并用铜箔导电胶带固定在纸架两端，用一个纸架包裹纤维，将荧光聚合物倒入纸架，90-100℃固化10-12h后实现纤维中段的封装，两端不封装。
9.如权利要求1所述的柔性应变传感器，其特征在于：步骤8具体包括：将20-25ml正硅酸乙酯和20-25ml铂金催化剂混合，搅拌3-5min，37-40℃真空脱气10-15min后倒入传感器模具中，室温静置1-15 h；用注射器吸入2-3g液态金属Ga并注入到液态金属模具中，用玻璃片压紧，用降温喷雾喷于玻璃片表面对液态金属进行降温，温度达到0℃，液态金属变成固态，得到长40-50mm，宽5-7mm，厚0.8-1.2mm的长方体镓金属，取出并将其作为液体通道模具。
10.如权利要求1所述的柔性应变传感器，其特征在于：步骤9具体包括：将步骤7所得的不封装的纤维两端作为电极分别置于步骤8固化的聚合物上，然后将液体通道模具置于固化的聚合物上，压住纤维两端；将20-25ml正硅酸乙酯和20-25ml铂金催化剂混合搅拌均匀，37-40℃真空脱气10-15min后倒入传感器模具中，以包裹电极以及液体通道模具，室温静置固化3-4h后制得皮肤用液态型柔性应变传感器；传感器的整体尺寸为长60-70mm，宽25-35mm，厚3-5mm。
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