[發明專利]一種基于離子面團的應變傳感器的制備方法及應用

在審

• 申請號: 202210989769.5
• 申請日: 2022-08-18
• 公開（公告）號: CN115371541A
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 李楠;邱麗媛;陳威;曹忠俊;孫悅;李孟雨;張旭
• 申請（專利權）人: 曲阜師范大學
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于離子面團的應變傳感器的制備方法及應用，以氯化膽堿為氫鍵受體、甘油為氫鍵供體制備低共熔溶劑，進一步將低共熔溶劑與水以不同比例混合，加入小麥粉、糯米粉攪拌均勻，經醒面、蒸制、揉捏，制備出離子面團，面團兩端采用導線外延方式進行連接，即可構建基于離子面團的應變傳感器。本專利發明的離子面團具有良好的導電性（電導率高達3.7mS/cm）、自修復性（1小時內可完全愈合）、抗菌性和可降解性。此外，該離子面團還具有優異的抗凍和保水能力，適應于惡劣環境，可以用來監測人體不同部位的運動，表現出快速響應、高靈敏度和良好的可重復性，在可穿戴設備方面具有一定的應用前景。

技術領域

本發明屬于應變傳感器技術領域，具體涉及一種基于離子面團的可用于人體運動監測的應變傳感器。

背景技術

近年來，柔性傳感器因安全性高、適應性好、效率高等優勢在電子皮膚、軟機器人、人機交互等方面受到越來越多的關注(Adv.Funct.Mater.2018,28,1802576; Small 2017,13,1601916; Nano Lett.2019,19,1143)，各類用于人體運動監測、生命體征監測、汗液分析等智能傳感器得以快速發展。導電離子凝膠因其具有出色的柔韌性及可調的力學性能而成為制備柔性傳感器的理想材料。然而，現有導電離子凝膠通常表現出低的離子電導率、差的環境穩定性和低的應變靈敏性。此外，導電離子凝膠在大的外力作用下不可避免的會產生機械損傷，而且多由石油基高分子聚合物制成，不僅涉及高成本的制造過程和資源消耗，并且在損壞或報廢后會引發嚴重的生態環境問題。具有高生物相容性、生物降解性、低成本、可自修復和可回收的下一代“綠色”導電離子凝膠有望減輕這些不利影響，但往往受到有限的材料和制備策略選擇的限制。

受啟發于食品中的化學，傳統食物與前沿的科學研究結合越來越緊密，許多普通食品在構筑柔性傳感器中引起了廣泛的關注。例如，Wu等人基于傳統甜食“攪攪糖”構筑的離子皮膚器件(Sci.China Mater.2021,64,3059)，基于口香糖的構筑的電容式傳感器(ACS Appl.Mater.Interfaces 2021,13,6731) 和受拉面啟發，利用可食用面團構筑的可再生和可重構的離子皮膚傳感器(Adv.Funct.Mater.2020,30,1908018)。類似的，Su等利用支鏈淀粉、水和鹽構筑了可導電、可自修復、可重塑的柔性電子器件(J.Mater.Chem.A.2017,5,13138)。這些嘗試極大地拓展了材料的選擇性，有望為未來可穿戴材料的選擇提供新的思路。

低共熔溶劑(Deep Eutectic Solvent, DES)是由氫鍵供體和氫鍵受體兩種成分組成的混合物，其成分可擴展為三種或三種以上。由于氫鍵供體與氫鍵受體之間存在較強的氫鍵相互作用，混合物的熔點遠低于其各個組分純物質的熔點(Chem.Commun.2018,54,9579; J.Mol.Liq.2016,215,98)。低共熔溶劑不僅保留了傳統離子液體相似的物理化學性質，而且具有制備簡單、制備過程100％的原子利用率、環境友好、生物可降解以及可循環利用等特點，在很多領域引起了人們的廣泛關注。

面塑是以糯米粉、面粉和甘油為原料制成熟面團后，捏塑成各種花、鳥、魚、蟲等具體形象的手工技藝。經過幾千年的傳承，面塑文化成為了中國重要的傳統文化之一，越來越受到重視。面塑藝術品具有防潮、美觀、易塑形、耐存放、不易開裂等特點，但往往缺乏良好的導電性。本發明在傳統面塑制備工藝的基礎上，通過將氯化膽堿/甘油組成的低共熔溶劑引入到熟面團中，得到一種具有導電、可重塑、自修復、抗凍保水、抗菌和可降解性能的離子面團。這種離子面團特有的性質以及面粉本身的環境友好性為其應用于人體穿戴傳感設備提供了可能性。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種基于離子面團的應變傳感器的制備方法。該發明以低共熔溶劑、面粉、水為原料制備得到離子面團。該發明制備出的離子面團具有良好的導電性、抗凍性、保水性、自修復性、抗菌性和可降解性等，監測人體運動時表現出良好的靈敏度和傳感性。

本發明的目的之二在于提供上述基于離子面團的應變傳感器。