[發(fā)明專利]一種基于水凝膠的功能化柔性電子器件及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011539954.1
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112679776B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐峰;劉灝
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州締因安生物科技有限公司
• 主分類號: C08J7/04
• 分類號: C08J7/04;C08J7/18;C08J3/075;C08J5/18;C08L83/04;C08F220/56;C08F222/38;C08F2/48;G01B7/16
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發(fā)明提供了一種基于水凝膠的功能化柔性電子器件及其制備方法。本發(fā)明的制備方法，包括如下步驟：1)采用旋涂法和加熱固化法，制備PDMS薄膜；2)采用氧等離子體蝕刻方法，處理PDMS薄膜；3)采用旋涂法與加熱成膜法，將功能性材料沉積于PDMS薄膜的表面；4)采用旋涂法，在PDMS薄膜的背面涂布苯甲酮溶液進行處理；5)采用旋涂法將水凝膠前體溶液涂布于經(jīng)處理的PDMS表面；6)將PDMS置于紫外環(huán)境中，引發(fā)水凝膠網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)及水凝膠與PDMS的互聯(lián)鍵合，制得功能化水凝膠柔性電子器件。本發(fā)明的制備方法可規(guī)避水凝膠與功能性材料難以直接形成穩(wěn)定鍵合的局限，可實現(xiàn)生物相容、功能化柔性電子器件的開發(fā)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于柔性電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于水凝膠的功能化柔性電子器件及其制備方法。

背景技術(shù)

基于柔性電子器件的可穿戴健康監(jiān)測技術(shù)，可實時為用戶提供與自身健康狀況相關(guān)的生理指標信息，以滿足當今全民健身熱潮下人們對健康管理日益增長的需求。不過，現(xiàn)階段柔性電子的發(fā)展仍面臨所用材料生物相容性不佳、模量與人體皮膚不匹配等挑戰(zhàn)，長期貼附于皮膚之上會引起潛在的炎癥反應(yīng)或物理損傷，限制了可穿戴健康監(jiān)測應(yīng)用的實現(xiàn)。

水凝膠材料具備優(yōu)異的生物相容性，且力學(xué)性質(zhì)與皮膚近似，是與人體接觸的理想界面材料。近年來，基于水凝膠材料的柔性電子研究廣泛開展，利用不同水凝膠材料、結(jié)合特殊理化性質(zhì)(如可降解特性、自愈合特性等)而實現(xiàn)的柔性電子應(yīng)用不斷涌現(xiàn)。

CN111040197A公開了一種高強度多功能化離子導(dǎo)電水凝膠及其制備方法和應(yīng)用。該發(fā)明的制備方法包括以下步驟：將由聚乙烯醇和β-環(huán)糊精水溶液制備的固體凝膠浸泡于聚丙烯酸/水溶性的鹽混合溶液中，即得離子導(dǎo)電水凝膠。該發(fā)明的方法簡單，所制備的離子導(dǎo)電水凝膠具有透明，高機械性能，良好導(dǎo)電性，可拉伸性，優(yōu)異的應(yīng)變/壓力靈敏度和pH/有機溶劑雙重響應(yīng)性；作為傳感器，在包括人體組織工程和柔性電子器件等技術(shù)領(lǐng)域中得到應(yīng)用。

CN110970232A公開了一種以水凝膠為基底的可拉伸微型電子器件及其制備方法，包括：步驟一，獲取具有預(yù)設(shè)電極圖案的中介產(chǎn)品；步驟二，將韌性水凝膠預(yù)拉伸，并將預(yù)拉伸的水凝膠與步驟一中的中介產(chǎn)品貼合，實現(xiàn)電極圖案轉(zhuǎn)移至水凝膠表面；步驟三，緩慢釋放水凝膠，使其恢復(fù)至未拉伸狀態(tài)，得到以水凝膠為基底的可拉伸微型電子器件。該發(fā)明將通過結(jié)合3D打印、模板印刷技術(shù)與轉(zhuǎn)移印刷技術(shù)等，以柔性聚四氟乙烯(PTFE)濾膜、聚二甲基硅氧烷(PDMS)硅橡膠或玻璃等為中介材料，配合特制的電極漿料，在以瓊脂/聚丙烯酰胺(Agar/PAM)等為代表的韌性水凝膠電解質(zhì)表面，能夠快速、便捷地印刷得到可拉伸微型器件。

不過，現(xiàn)有研究多局限于簡易元件(如離子導(dǎo)體)的開發(fā)。為應(yīng)對實際健康監(jiān)測中對于功能化器件的需求，通過對材料進行電學(xué)功能化改性、以實現(xiàn)功能化水凝膠柔性電子的開發(fā)意義重大。通常，彈性體材料的電學(xué)改性是通過將功能化材料(如導(dǎo)體、半導(dǎo)體材料)沉積于其表面實現(xiàn)，但水凝膠材料具有非常高的含水量(90％以上)，布滿其潮濕表面的水分子嚴重阻礙了功能性分子與水凝膠鏈的鍵合，從而影響了兩材料之間的有效粘附與穩(wěn)定界面的形成。而針對此問題的有效解決方案尚未提出。

因此，為實現(xiàn)水凝膠柔性電子器件的功能拓展，克服因表面潮濕而導(dǎo)致水凝膠材料無法與功能性材料穩(wěn)定鍵合的挑戰(zhàn)勢在必行。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于水凝膠的功能化柔性電子器件及其制備方法，該制備方法可規(guī)避水凝膠與功能性材料難以穩(wěn)定鍵合的局限，可實現(xiàn)生物相容、功能化柔性電子器件的開發(fā)。

為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明的目的之一在于提供一種基于水凝膠的功能化柔性電子器件的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

1)采用旋涂法和加熱固化法，制備PDMS薄膜；

2)采用氧等離子體蝕刻方法，處理步驟1)得到的PDMS薄膜；