【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于柔性传感材料领域，具体涉及一种细菌纤维素基智能可穿戴传感装置的导电柔性基质材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、智能可穿戴传感装置，即为可以“穿戴”在身体上并且可以在身体活动时使用的柔性电子器件。智能可穿戴传感装置具有可智能化管理、可随身携带、使用和操作便捷等优点。可穿戴电子器件几乎可以与人体融为一体，能在健康监测、可穿戴生物传感器、人机交互等领域广泛应用，可能会在未来给人类认知和生活带来颠覆性改变。目前用于制造智能可穿戴传感器的各种导电柔性基质材料已得到了广泛的研究，包括金属材料、碳基纤维材料和聚合物复合材料等，然而，现有的材料很难兼顾导电性能、机械强度、可水洗性、结构稳定性和环境友好型方面的共同优势。
2、细菌纤维素是由葡萄糖单元经β-1,4-糖苷键连接组成，由于其具有高纯度、高结晶度、高透气性、高比表面积、出色的机械性能、优异的生物相容性及生物可降解等众多优点，且是一种环境友好型生物纳米新材料，使其用作可穿戴智能织物基材具有独特的优势。然而，天然的细菌纤维素不导电，无法满足可穿戴传感装置对基材导电性的要求而直接应用。
3、目前导电细菌纤维素膜的制备方法主要有原位改性、后功能化改性及共混再生法三类，通过引入具有导电性的材料如纳米金属颗粒、碳纳米纤维及聚合物复合材料等。won-il park[1]等人通过原位改性方法以多壁碳纳米管分散的hs培养基培养细菌纤维素，制备bc/mwcnt复合材料，但导电纳米填料在细菌纤维素静态发酵体系中易发生沉降，从而造成其在改性功能材料中分布不均匀，且共混改
4、【1】carbohydrate polymers,2009,77,457–463
5、【2】carbohydrate polymers,2016,138,166-171
6、【3】acs applied materials&interfaces,2022 14,21319-21329。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种细菌纤维素基导电柔性材料及其制备方法与应用，兼顾导电性能、机械强度、可水洗性、结构稳定性和环境友好型方面的共同优势。
2、本专利技术采用的技术方案为：
3、采用生物共聚原位改性结合聚合物辅助金属沉积技术将金属(铜、镍、金、银等)镀在细菌纤维素膜表面，得到导电细菌纤维素膜，以其为基底材料构筑智能可穿戴传感装置。制备方法分为三步：
4、首先采用生物共聚原位改性技术制备表面胺基改性细菌纤维素膜；
5、进而通过表面引发原子转移自由基聚合对胺基改性细菌纤维素膜表面进行接枝聚合物刷化学改性，引入含有可配对异性离子功能基团的聚合物刷-聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(pmetac)；
6、进而诱发无电沉积的活性离子催化剂[pdcl4]2-进行离子交换及配对，并最终协助金属cu、ni、ag、au导电涂层在细菌纳米纤维素表面可控生长，从而最终制备导电细菌纤维素膜。
7、本专利技术的一种细菌纤维素基导电柔性材料，所述导电材料为表面负载金属cu、ni、ag、au涂层的细菌纤维素膜。
8、所述细菌纤维素膜为表面胺基改性细菌纤维素膜。
9、所述导电材料为多孔纳米纤维结构，细菌纤维素作为一种天然生物材料，具有高比表面积纳米纤维网络结构、出色的机械性能以及可完全生物降解性，但由于细菌纤维素分子内及分子间强大的氢键作用，使其在常规有机溶剂中的溶解度很低。因此聚合物协助金属沉积技术制备导电细菌纤维素的第一步受到限制，即通过后功能化改性在细菌纤维素膜表面接枝引发剂量很低且密度分布不可控，进而使得膜表面引发原子转移自由基聚合接枝修饰聚合物的量也很低也密度分布不可控，从而阻碍了后续第二步的催化剂分子固定过程中与可诱发无电沉积的活性离子进行离子交换及配对，并最终影响第三步的细菌纤维素膜表面无电沉积中协助金属的可控生长。
10、本专利技术通过聚合物协助金属沉积技术在胺基改性细菌纳米纤维素膜表面引入金属导电涂层，可获得导电细菌纤维素膜。
11、导电细菌纳米纤维素膜的制备方法，包括以下工艺步骤：
12、(1)引发剂固定于细菌纤维素表面：制备用于细菌纤维素膜表面引发原子转移自由基聚合所需的反应溶液，将细菌纤维素膜浸入溶液反应，取出用去离子水反复清洗，最后冷冻真空干燥，制得引发剂固定于膜表面的细菌纤维素膜。
13、(2)细菌纤维素膜表面原子转移自由基聚合引入聚合物刷：制备表面聚合物刷修饰改性的细菌纤维素膜所需的反应溶液，将细菌纤维素膜浸入溶液反应，取出用去离子水反复清洗，最后冷冻真空干燥，制得表面含有可配对异性离子功能基团的聚合物刷-聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(pmetac)的细菌纤维素膜。
14、(3)金属(cu、ni、ag、au等)导电涂层的生长：制备无电沉积的活性离子溶液及铜层镀浴反应溶液，将表面聚合物刷修饰改性的细菌纤维素膜浸入活性离子溶液中，进行离子交换及配对反应，进而将[pdcl4]2-配对的细菌纤维素膜放入铜层镀浴反应溶液中静态沉积，取出用去离子水反复清洗，最后冷冻真空干燥得到导电细菌纤维素膜。
15、其中，步骤(1)中，所述溶液为二氯甲烷、三乙胺、2-溴异丁酰溴按体积比为：100～50:0.5～5:0.5～2配置而成的均匀混合的溶液；
16、其中，步骤(2)中，所述溶液为联吡啶、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(metac)单体、甲醇(meoh)、氯化亚铜(cucl)和溴化铜(cubr2)按照摩尔比20～1:5000～100:4000～100:10～1:10～0.1配置成均匀混合的溶液；
17、其中，步骤(1)和(2)中，反应体系需要在惰性气体的保护下进行，优选的，所述的惰性气体为n2，惰性气体保护时间为5-10min；
18、其中，步骤(2)中，所述的反应温度为20℃-30℃，反应时间为0.5-4h。
19、其中，步骤(3)中，所述无电沉积的活性离子溶液摩尔浓度为0.01～0.1mm(nh4)2pdcl4溶液，进一步优选为摩尔浓度为0.05mm(nh4)2pdcl4溶液；
20、步骤(3)中，反应时间为15-120min；
21、其中，步骤(3)中，所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种细菌纤维素基导电柔性材料，其特征在于，其为表面负载金属涂层的细菌纤维素膜。
2.根据权利要求1所述的细菌纤维素基导电柔性材料，其特征在于，所述金属包括铜、镍、金、银。
3.权利要求1所述的细菌纤维素基导电柔性材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的细菌纤维素基导电柔性材料的制备方法，其特征在于，
5.根据权利要求3所述的细菌纤维素基导电柔性材料的制备方法，其特征在于，
6.根据权利要求3所述的细菌纤维素基导电柔性材料的制备方法，其特征在于，
7.根据权利要求4所述的细菌纤维素基导电柔性材料的制备方法，其特征在于，S1中所述引发剂的溶液为二氯甲烷、三乙胺、2-溴异丁酰溴按体积比为：100~50:0.5~5:0.5~2均匀混合的溶液。
8.根据权利要求5所述的细菌纤维素基导电柔性材料的制备方法，其特征在于，所述含单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的溶液为联吡啶、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体、甲醇、氯化亚铜和溴化铜按照摩尔比：20~1 : 5000~100 : 40
9. 根据权利要求6所述的细菌纤维素基导电柔性材料的制备方法，其特征在于，S3中，所述无电沉积的活性离子溶液为摩尔浓度为0.01~0.1 mM (NH4)2PdCl4 溶液，反应时间为15-120min。
10.权利要求1或2所述的细菌纤维素基导电柔性材料在制备智能可穿戴传感装置中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种细菌纤维素基导电柔性材料，其特征在于，其为表面负载金属涂层的细菌纤维素膜。
2.根据权利要求1所述的细菌纤维素基导电柔性材料，其特征在于，所述金属包括铜、镍、金、银。
3.权利要求1所述的细菌纤维素基导电柔性材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的细菌纤维素基导电柔性材料的制备方法，其特征在于，
5.根据权利要求3所述的细菌纤维素基导电柔性材料的制备方法，其特征在于，
6.根据权利要求3所述的细菌纤维素基导电柔性材料的制备方法，其特征在于，
7.根据权利要求4所述的细菌纤维素基导电柔性材料的制备方法，其特征在于，s1中所述引发剂的溶液为二氯甲烷、三乙胺、2-溴异丁酰溴按体积比...
【专利技术属性】
技术研发人员：方艳，陈岱滨，梁金花，吴逸晨，季嘉明，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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