[發明專利]一種基于再生絲素蛋白的無源透明壓力傳感器的制備方法

在審

• 申請號: 202010027399.8
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111189565A
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 郭文熹;龔豪;許子頡;劉向陽
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G01L1/16
• 分類號: G01L1/16;G01L9/08;H01B5/14;C08J5/18;C08L75/04;C08L89/00;D06M11/83;D06M11/48;D06M101/24;D06M101/18
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

一種基于再生絲素蛋白的無源透明壓力傳感器的制備方法，涉及柔性傳感器。1)制備再生絲素蛋白溶液；2)制備具有納米結構形狀的模版，將含有再生絲素蛋白的混合溶液涂覆至模版表面，干燥固化成膜分離得再生絲素蛋白膜；3)使用靜電紡絲技術得納米纖維網絡；4)將金屬或金屬化合物濺射至納米纖維網絡表面制備納米纖維導電網絡；5)裁剪步驟2)制備的再生絲素蛋白膜，將納米纖維導電網絡轉移至裁剪后的再生絲素蛋白膜上，形成具有納米纖維導電網絡的生物再生絲素蛋白膜摩擦電極層；6)將再生絲素蛋白膜摩擦電極層與其他不同于本薄膜的材料，在外力的作用下相互接觸分離，形成再生絲素蛋白無源透明壓力傳感器。方法簡單、成本低，透光導電好。

技術領域

本發明涉及柔性傳感器，尤其是涉及一種基于再生絲素蛋白的無源透明壓力傳感器的制備方法。

背景技術

物聯網技術的發展極大地促進了電子設備和傳感器在我們生活中的蓬勃發展。不可避免的是，大多數的電池需要經常充電或定期更換。摩擦納米發電機基于摩擦起電與靜電感應原理，能夠通過機械運動有效地獲取能量，對解決全球能源問題具有廣泛的影響，為醫學、衛生保健和可穿戴電子設備和植入式設備供電提供可行的選擇，并可用于傳感器作為力的探測、物體形狀識別、按鍵傳感等功能。摩擦納米發電機特點是電壓大、電流小，大部分材料都是在合成聚合物的基礎上制備而成的，其研究重點主要集中在通過增大摩擦起電的接觸面積來提高發電量，或者通過物理或化學的方法來改善接觸面材料的性能。這些方法可有效地改善摩擦起電，但根本上不具有生物相容性的特點，限制了它們在生物醫學和植入應用中的應用。

自驅動柔性傳感器在可穿戴甚至可植入的電子器件中發揮著越來越重要的作用。然而目前絕大多數的摩擦納米發電機還基于柔性人工合成的高分子聚合物材料，在柔性電子器件不斷發展的將來，高分子聚合物將會帶來一系列的問題：1)人工高分子聚合物材料難以降解，容易造成大量的電子垃圾；2)高分子聚合物材料生物相容性以及透氣性均較差，長時間進行貼合人體皮膚容易造成皮膚的過敏和損傷。基于此，相對于人工合成材料，天然的生物材料將很好的解決上述問題。蛋白質材料由于良好的生物相容、降解性能，成為柔性傳感器的理想材料。然而蛋白質薄膜存在受環境濕度影響大、機械柔性差、拉伸率低與導電性差的特點，也是目前有待解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術存在的上述問題，提供一種基于再生絲素蛋白的無源透明壓力傳感器的制備方法。

本發明包括以下步驟：

1)制備再生絲素蛋白溶液；

2)制備具有納米結構形狀的模版，將含有再生絲素蛋白的混合溶液涂覆至模版表面，干燥固化成膜分離獲得具有納米結構形狀的再生絲素蛋白膜；

3)使用靜電紡絲技術獲得納米纖維網絡；

4)磁控濺射技術將金屬或金屬化合物濺射至納米纖維網絡表面制備納米纖維導電網絡；

5)裁剪步驟2)制備的再生絲素蛋白膜，將步驟4)制備的納米纖維導電網絡轉移至裁剪后的再生絲素蛋白膜上，形成具有納米纖維導電網絡的生物再生絲素蛋白膜摩擦電極層；

6)將步驟5)所得具有納米纖維導電網絡的再生絲素蛋白膜摩擦電極層與其他不同于本薄膜的材料，在外力的作用下進行相互接觸分離，形成再生絲素蛋白無源透明壓力傳感器。

在步驟2)中，所述含有再生絲素蛋白的混合溶液由再生絲素蛋白溶液、高聚物與有機液體混合水溶液組成；再生絲素蛋白溶液、高聚物與有機液體的配比可為：(1～9)mL︰(1～9)mL︰(0.1～0.5μL)；所述干燥固化成膜的干燥環境包括空氣環境，干燥固化成膜的環境溫度可為20～50℃，環境濕度可為20％～50％，干燥固化成膜的時間可為1～3天；所述高聚物包括水性聚氨酯或聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮，所述有機液體包括丙三醇或異丙醇；再生絲素蛋白膜的厚度可為40～60μm，透光率為80％～95％，拉伸強度為1～7Mpa，拉伸倍率為10％～550％。