一种透气性透明柔性纤维基表皮电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种透气性透明柔性纤维基表皮电极及其制备方法。所述电机包括透明柔性纳米纤维支架以及通过过滤方式设于其上方的透明导电纳米三维网络。制备方法为：将高分子聚合物溶解于有机溶剂中，得到均匀的聚合物溶液；将聚对苯二甲酸乙二醇酯板安装在纤维接收器上用于接收纤维支架；将含有聚合物纺丝溶液的注射器安装在静电纺丝装置中进行纺丝成纳米纤维支架；将导电纳米材料加入到分散溶剂中，得到分散液，将分散液与聚合物纳米纤维支架进行复合得到透明柔性纤维基表皮电极。本发明专利技术制备的透气性透明柔性纤维基表皮电极具有良好导电性和透明性，可以实现表皮电极与人体皮肤无缝贴合，避免长时间实时佩戴过程中不透气给皮肤带来的伤害。

【技术实现步骤摘要】
一种透气性透明柔性纤维基表皮电极及其制备方法
本专利技术涉及一种透气性透明柔性纤维基表皮电极及其制备方法，属于新型柔性电极

技术介绍
随着科学技术的发展，可穿戴电子器件在人们的生活中也逐渐普及。其中电极是电子器件的必要部件，但是目前大多数电子器件使用的是金属电极，这些硬质电极使得可穿戴电子器难以柔性化和轻量化。此外，在各种可穿戴柔性电子传感器中，柔性透明电极是必须的要素，而常用的金属电极不透明的特性使其难以应用于这些新型的柔性电子器件中。目前，许多可穿戴柔性传感器需要与人体皮肤无缝顺形贴合，才能保证各种人体生理信号高保真的传感。因此，越来越多的研究人员致力于开发具有良好导电性和高透明度的表皮电极。许多表皮电极通常是金属和塑料的复合物，这类表皮电极除了佩戴困难还存在着不透气的问题，长时间佩戴在皮肤上会引起皮肤发炎、瘙痒等症状，不利于皮肤健康。因此需要开发一种低成本简单高效的制备方法实现透气性透明柔性纤维基表皮电极的制备与开发。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：现有可穿戴柔性传感器长时间佩戴过程中不透气，会给皮肤带来伤害的问题。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种透气性透明柔性纤维基表皮电极，其特征在于，包括透明柔性纳米纤维支架以及通过过滤方式设于其上方的透明导电纳米三维网络，所述的透明柔性纳米纤维支架通过静电纺丝技术得到。优选地，所述的透明柔性纳米纤维支架的厚度为0.1-1μm；所述的透明导电纳米三维网络的厚度为0.1-1μm。本专利技术还提供了上述透气性透明柔性纤维基表皮电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：将用于制备透明柔性纳米纤维支架的高分子聚合物溶解于有机溶剂中，得到均匀的聚合物溶液；随后进行超声处理消除聚合物溶液中的气泡备用；第二步：将得到的聚合物溶液加入到纺丝注射器中；将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)板通过激光切割机裁剪成所需要的电极形状，安装在纤维接收器上用于接收纤维支架；将含有聚合物纺丝溶液的注射器安装在静电纺丝装置中，并设置纺丝加工工艺参数进行纺丝成纳米纤维支架；第三步：将用于制备透明导电纳米三维网络的导电纳米材料加入到分散溶剂中，经过超声分散得到均匀的分散液，并将分散液通过抽滤装置或过滤装置与聚合物纳米纤维支架进行复合得到透明柔性电极。优选地，所述第一步中高分子聚合物为聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚乳酸、壳聚糖、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚三氟乙烯、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、乙基纤维素、聚偏氟乙烯-三氟乙烯、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚氨酯和聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯醚中的任意一种或一种以上的混合物；所述的溶剂为六氟异丙醇、四氢呋喃、N,N-二甲基乙酰胺、丙酮、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、乙酸、超纯水、甲酸、三氟乙酸、三氯甲烷和异丙醇二氯甲烷中的任意一种或一种以上的混合物；所得聚合物溶液的质量浓度为10-50％。优选地，所述第一步中溶解的条件为30～100℃、搅拌0.5～12h；所述超声处理的工艺参数为：超声功率10～90W，超声时间2～120min。优选地，所述第二步中激光切割机的工艺参数为：速度10～80mm/s，功率30～95％；所述纺丝加工工艺参数为：电压7～50kV，接收距离5～30cm，灌注速度0.1～6mL/h，温度10～35℃，相对湿度10～90％。优选地，所述第三步中用于制备透明导电网络的导电纳米材料为银纳米线、铜纳米线、还原氧化石墨烯和碳纳米管中的至少一种导电纳米材料；所述分散液中导电纳米材料的质量浓度为0.0001-5％。优选地，所述第三步中超声的工艺参数为：超声功率为10～90W，超声时间为2～120min。优选地，所述的第三步中抽滤装置为真空抽滤装置。优选地，所述第三步制备的透明柔性纤维基表皮电极依靠范德华力直接贴合于皮肤上。本专利技术通过静电纺丝技术和过滤技术，结合导电纳米材料的高导电性与纳米纤维的柔性，开发并制备了具有良好导电性和透明性的透气性纤维基柔性表皮电极，可以实现表皮电极与人体皮肤无缝贴合使用的同时，与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术制备得到的透气性透明柔性纤维基表皮电极，不同于传统硬质金属电极，所指的表皮电极具有良好的透明性和柔性，这种纤维基电极兼具高透明性和高导电性，为拓宽可穿戴电子器件在柔性显示领域的应用奠定了基础。此外这种电极超轻超薄特性促进了电子器件朝着柔性化轻量化的发展方向发展。2、所制备的表皮电极具有良好的透气性，长时间实时佩戴电子器件，不透气导致皮肤瘙痒、红肿、发炎，不利于人体皮肤健康。所制备的电子皮肤具有良好的透气性，避免了可穿戴电子器件产时间与人体皮肤接触时因不透气问题产生的各类皮肤问题。3、本专利技术结合了静电纺丝技术和过滤技术，使得纳米导电网络与透明纳米纤维复合得到表皮电极，这种方法避免了使用过程相对复杂且成本高的磁控溅射、气相沉积等方法。此外所制备的表皮电极无需额外胶带或打孔固定，依靠范德华力直接皮肤进行无缝紧密贴合，大大提升了传感的精度。附图说明图1为实施例1-3制得的透气性透明柔性纤维基表皮电极的制备示意图，其中，1为纳米导电材料分散液，2为PET框架，3为静电纺纳米纤维支架；图2为实施例1制得的透气性透明柔性纤维基表皮电极的实物图片；图3为实施例1制得的透气性透明柔性纤维基表皮电极在皮肤上形成导电通路的应用；图4为实施例2制得的透气性透明柔性纤维基表皮电极的描电镜图片。图5为实施例2制得的透气性透明柔性纤维基表皮电极的实物图片。图6为实施例3制得的透气性透明柔性纤维基表皮电极的描电镜图片。图7为实施例3制得的透气性透明柔性纤维基表皮电极的实物图片。具体实施方式为使本专利技术更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。实施例1一种透气性透明柔性纤维基表皮电极，包括具有透明的柔性纳米纤维支架以及通过过滤方式设于其上方的高导电的纳米三维网络，所述的具有透明的柔性纳米纤维支架通过静电纺丝技术得到。该透气性透明柔性纤维基表皮电极的制备方法为：第一步：将10g聚偏氟乙烯(分子量320000)加入到40gN,N-二甲基甲酰胺溶剂中，在60℃水浴锅内加热搅拌3小时得到均匀的质量分数为20wt％的聚偏氟乙烯静电纺丝液。再超声处理30分钟除去聚合物溶液内的气泡。第二步：将得到的质量分数为20wt％的聚偏氟乙烯静电纺丝液抽取10mL加入到纺丝注射器中；将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)板通过激光切割机裁剪成1.5×2cm2的形状安装在纤维接收器上用于接收纤维支架；将含有聚偏氟乙烯静电纺丝液的注射器安装在静电纺丝装置中进行纺丝。纺丝参数为：电压25kV，接收距离20cm，灌注速度1.5mL/h，温度25℃，相对湿度45％。制备得到的静电纺纤维支架的厚度为(1μm)。第三步：随后10mg/mL的银纳米线分散液在室温(25℃)和300W的条件下进行超声分散本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种透气性透明柔性纤维基表皮电极，其特征在于，包括透明柔性纳米纤维支架以及通过过滤方式设于其上方的透明导电纳米三维网络，所述的透明柔性纳米纤维支架通过静电纺丝技术得到。/n

【技术特征摘要】
1.一种透气性透明柔性纤维基表皮电极，其特征在于，包括透明柔性纳米纤维支架以及通过过滤方式设于其上方的透明导电纳米三维网络，所述的透明柔性纳米纤维支架通过静电纺丝技术得到。


2.如权利要求1所述的透气性透明柔性纤维基表皮电极，其特征在于，所述的透明柔性纳米纤维支架的厚度为0.1-1μm；所述的透明导电纳米三维网络的厚度为0.1-1μm。


3.权利要求1或2所述的透气性透明柔性纤维基表皮电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：将用于制备透明柔性纳米纤维支架的高分子聚合物溶解于有机溶剂中，得到均匀的聚合物溶液；随后进行超声处理消除聚合物溶液中的气泡备用；
第二步：将得到的聚合物溶液加入到纺丝注射器中；将聚对苯二甲酸乙二醇酯板通过激光切割机裁剪成所需要的电极形状，安装在纤维接收器上用于接收纤维支架；将含有聚合物纺丝溶液的注射器安装在静电纺丝装置中，并设置纺丝加工工艺参数进行纺丝成纳米纤维支架；
第三步：将用于制备透明导电纳米三维网络的导电纳米材料加入到分散溶剂中，经过超声分散得到均匀的分散液，并将分散液通过抽滤装置或过滤装置与聚合物纳米纤维支架进行复合得到透明柔性纤维基表皮电极。


4.如权利要求3所述的透气性透明柔性纤维基表皮电极的制备方法，其特征在于，所述第一步中高分子聚合物为聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚乳酸、壳聚糖、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚三氟乙烯、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、乙基纤维素、聚偏氟乙烯-三氟乙烯、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚氨酯和聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯醚中的任意一种或一种以上的混合物；所述的溶剂为六氟异丙醇、四氢呋喃、N,N-二甲基...

【专利技术属性】
技术研发人员：李召岭，朱苗苗，王亚兵，丁彬，俞建勇，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31