一种明胶基液态金属可穿戴传感材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种明胶基液态金属可穿戴传感材料的制备方法，具体为：首先，将液态金属超声分散在单糖溶液中，离心水洗后，得到液态金属纳米液滴；在50℃的水浴条件下，将明胶持续搅拌以获得淡黄色半透明的明胶溶液；将液态金属纳米液滴与明胶溶液混合搅拌并倒入模具中成型，得到明胶基液态金属水凝胶；最后，将明胶基液态金属水凝胶浸泡在多元醇中，得到明胶基液态金属可穿戴传感材料。本发明专利技术所制备的明胶基液态金属可穿戴传感材料在实现机械性能的同时也保证了高导电性，有望应用于人机交互、可穿戴健康监测和智能机器人领域。可穿戴健康监测和智能机器人领域。可穿戴健康监测和智能机器人领域。

【技术实现步骤摘要】
一种明胶基液态金属可穿戴传感材料的制备方法


[0001]本专利技术属于可穿戴传感材料制备
，具体涉及一种明胶基液态金属可穿戴传感材料的制备方法。

技术介绍

[0002]随着新一代电子器件日益多样化和复杂化的发展，传感材料正在向智能化、柔性化、高度集成化、绿色化方向发展。由于可穿戴传感材料兼具良好的柔韧性和高传感灵敏性，可实时监测人体的大幅度活动和微弱的生理信号，因此在生物医学、柔性电子及软机器人等领域具有重要的应用前景。
[0003]为了满足传感材料长期贴附于人体皮肤的需求，天然可再生高分子材料如明胶、纤维素、淀粉相较于传统合成材料如聚丙烯酰胺、聚氯乙烯、橡胶更适合柔性可穿戴电子器件的开发。其中明胶是从动物皮肤，骨骼，肌膜和肌肉的结缔组织中提取出来经部分水解后的产物，一级结构和化学成分基本保持不变，具有出色的生物相容性，但是这种高分子亲水胶体的力学性能较差且功能相对单一。利用溶剂置换诱导增韧策略，用多元醇直接浸泡有效提升力学性能，并且引入纳米导电填料赋予明胶基水凝胶以良好的导电性能，传统导电刚性填料和柔性水凝胶基体之间易存在机械性能不匹配的问题，在过度拉伸、压缩等大形变情况下会产生应力集中效应，进而导致胶体受损乃至断裂，对性能及寿命产生不利影响。液态金属作为一种新型的柔性电子导电填料，具有无毒、高导电性、高导热性、高表面张力等优点，并且可通过适当调整镓、铟、锡组分的比例来将其熔点控制在室温以下，从而在作为功能填料时具有优异的延展性和流动性，克服了刚性导电填料带来的应力集中问题。

技术实现思路
r/>[0004]本专利技术的目的是提供一种明胶基液态金属可穿戴传感材料的制备方法，该传感材料不仅具有良好的力学性能，而且还具有自修复性、高导电性、高传感灵敏度。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是，一种明胶基液态金属可穿戴传感材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
[0006]步骤1，将液态金属超声分散在单糖溶液中，离心水洗后，得到粒径均匀的液态金属纳米液滴；
[0007]步骤2，在50℃的水浴条件下，将明胶持续搅拌以获得淡黄色半透明的明胶溶液；将液态金属纳米液滴与明胶溶液混合搅拌并倒入模具中成型，得到明胶基液态金属水凝胶；
[0008]步骤3，将明胶基液态金属水凝胶浸泡在多元醇中，得到明胶基液态金属有机凝胶，即为明胶基液态金属可穿戴传感材料。
[0009]本专利技术的特点还在于，
[0010]步骤1中，单糖溶液为由单糖和水混合而成；单糖为葡萄糖、果糖、半乳糖中的任意一种或多种；单糖溶液的浓度为0.1～1g/mL。
[0011]步骤1中，液态金属为液态镓铟合金或者液态镓铟锡合金。
[0012]步骤1中，单糖溶液中液态金属的浓度为0.01～0.2g/mL，超声时间为30～120min。
[0013]步骤2中，在液态金属纳米液滴中，明胶的质量百分比为5～40wt％。
[0014]步骤3中，多元醇为乙二醇、丙三醇、季戊四醇中的任意一种或多种。
[0015]步骤3中，浸泡时间为2～24小时，浸泡温度为0～5℃。
[0016]本专利技术的有益效果是，本专利技术的明胶基液态金属可穿戴传感材料的制备方法，通过以天然产物明胶作为反应原料，具有资源丰富、成本较低、可再生和绿色环保等特点，有助于促进生物质资源的高附加值利用；利用溶剂置换诱导增韧策略简单有效提升力学性能；同时，引入液态金属纳米液滴赋予明胶基水凝胶以良好的导电性能和传感性能，且制备过程简单，反应条件温和。本专利技术所制备的明胶基液态金属可穿戴传感材料在实现机械性能的同时也保证了高导电性，有望应用于人机交互、可穿戴健康监测和智能机器人领域。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的明胶基液态金属可穿戴传感材料的扫描电镜图；
[0018]图2为本专利技术的明胶基液态金属可穿戴传感材料自修复前后的应力应变曲线图；
[0019]图3为本专利技术的明胶基液态金属可穿戴传感材料的应变与电阻变化率之间的关系图；
[0020]图4为本专利技术的明胶基液态金属可穿戴传感材料的手指弯曲传感效果图；
[0021]图5为本专利技术的明胶基液态金属可穿戴传感材料的响应与恢复时间图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0023]本专利技术一种明胶基液态金属可穿戴传感材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
[0024]步骤1，将液态金属超声分散在单糖溶液中，离心水洗后，得到粒径均匀的液态金属纳米液滴；
[0025]单糖溶液为由单糖和水混合而成；单糖为葡萄糖、果糖、半乳糖中的任意一种或多种；单糖溶液的浓度为0.1～1g/mL；
[0026]液态金属为液态镓铟合金或者液态镓铟锡合金；
[0027]单糖溶液中液态金属的浓度为0.01～0.2g/mL，超声时间为30～120min；
[0028]步骤2，在50℃的水浴条件下，将明胶持续搅拌以获得淡黄色半透明的明胶溶液；将液态金属纳米液滴与明胶溶液混合搅拌并倒入模具中成型，得到明胶基液态金属水凝胶；
[0029]在液态金属纳米液滴中，明胶的质量百分比为5～40wt％；
[0030]步骤3，将明胶基液态金属水凝胶浸泡在多元醇中，得到明胶基液态金属有机凝胶，即为明胶基液态金属可穿戴传感材料；
[0031]多元醇为乙二醇、丙三醇、季戊四醇中的任意一种或多种；
[0032]浸泡时间为2～24小时，浸泡温度为0～5℃；
[0033]本专利技术方法制备的明胶基液态金属可穿戴传感材料具有自修复性、高生物相容
性、高传感灵敏度(GF＝2.1～8.9)及快速响应性(10～50ms)。
[0034]实施例1
[0035]在葡萄糖溶液中超声分散10mg液态镓铟合金(EGaIn)，冰浴超声处理60min，离心水洗后获得粒径均匀的液态金属纳米液滴；将明胶在50℃水浴条件下持续搅拌以获得淡黄色半透明的明胶溶液，明胶的质量百分比为25wt％；将液态金属纳米液滴与明胶溶液搅拌，其中，液态金属与明胶的质量比为100，快速倒入模具中成型，制备明胶基液态金属水凝胶；在4℃下用乙二醇浸泡明胶基液态金属水凝胶10小时后获得明胶基液态金属有机凝胶。图1的扫描电镜表明了液态金属液滴在明胶基液态金属有机凝胶中具有优异的分散性和稳定性。用手术刀片明胶基液态金属有机凝胶切断，如图2所示，用拉力机进行修复性能测试，可完成原始样品几乎100％的力学性能。将其两端通过铜胶带和导线连接到数字源表，记录其电阻变化，图3显示在不同应变下的电阻变化率，随着形变量的增加，灵敏度最高可达4.4。图4是将其直接贴附于手指来实时监测形变量，说明了其具有良好的传感性能。图5是明胶基液态金属有机凝胶在压缩力下的响应时间和恢复时间为50ms，表明该传感材料具有快速的机械响应和恢复能力，可用于检测人体运动而无明显延迟。所得明胶基液态金属可穿戴传感材料具有自修复性、高生物相容性、高传感灵敏度及快速响应性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种明胶基液态金属可穿戴传感材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，将液态金属超声分散在单糖溶液中，离心水洗后，得到粒径均匀的液态金属纳米液滴；步骤2，在50℃的水浴条件下，将明胶持续搅拌以获得淡黄色半透明的明胶溶液；将液态金属纳米液滴与明胶溶液混合搅拌并倒入模具中成型，得到明胶基液态金属水凝胶；步骤3，将明胶基液态金属水凝胶浸泡在多元醇中，得到明胶基液态金属有机凝胶，即为明胶基液态金属可穿戴传感材料。2.根据权利要求1所述的一种明胶基液态金属可穿戴传感材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，单糖溶液为由单糖和水混合而成；单糖为葡萄糖、果糖、半乳糖中的任意一种或多种；单糖溶液的浓度为0.1～1g/mL。3.根据权利要求1所述的一种明胶基液态金属可穿戴传感材料的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：宗延，徐帅，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：