[發明專利]一種絲素蛋白復合壓電薄膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202310063318.3
• 申請日: 2023-01-17
• 公開（公告）號: CN115975230A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 薛茜男;李琦;段學欣
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;H10N30/098;C08L89/00;C08L5/08;C08K5/17
• 代理公司: 北京華夏正合知識產權代理事務所(普通合伙) 11017
• 代理人: 韓登營

本發明涉及一種絲素蛋白復合壓電薄膜的制備方法，包括將甘氨酸粉末溶解于殼聚糖乙酸溶液中以得到甘氨酸?殼聚糖復合溶液；將絲素蛋白粉末溶解于甲酸?氯化鈣溶液中以得到絲素蛋白質量分數為10％的絲素蛋白溶液；將甘氨酸?殼聚糖復合溶液和絲素蛋白溶液以0.1～0.5:1的質量比混合均勻，得到制膜溶液；將在基底上旋涂制膜溶液，干燥旋涂于基底上的制膜溶液，得到絲素蛋白復合薄膜。該方法簡單易操作，適合規模化制造絲素蛋白復合壓電薄膜。還涉及由該方法制備得到的絲素蛋白復合壓電薄膜，其同時具有優越的壓電性和機械強度，滿足柔性電子器件尤其是柔性壓電元件的實際應用需求。

技術領域

本發明涉及柔性電子材料領域，尤其涉及一種絲素蛋白復合壓電薄膜及其制備方法。

背景技術

柔性電子器件在信息、醫療、國防、能源等領域有著廣泛的應用前景，例如制備成柔性傳感器、柔性電池、柔性顯示器、電子皮膚、柔性集成微系統等。一般來說，柔性電子器件是通過在柔性襯底上制備有機/無機材料制成的功能元件來實現的，在保證正常工作條件的同時，使器件具有優異的彎曲性、拉伸性和適應性。聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亞胺、氟化乙烯丙烯和硅酮橡膠由于其在彎曲和拉伸方面的力學性能，廣泛作為柔性電子器件的柔性襯底材料使用。然而，這些材料很難實現尤其是醫療領域所需的生物相容性和生物降解性。此外，這些材料大多成本高昂，阻礙了柔性電子器件的大規模應用。

絲素蛋白是從例如為蠶和蜘蛛的昆蟲的產物中提取出的天然絲纖維。研究人員發現，絲素蛋白作為天然的柔性材料具有相當優異的生物相容性和水溶性，通過改良制備方法或實施后處理加工，其生物降解性可以在數小時到數年的范圍內變化。同時，絲素蛋白自身具有較高的拉伸強度和透明度，這對制備柔性電子器件尤為重要。此外，絲素蛋白獲得成本較低，在經濟效益上具有較大優勢。因此，絲素蛋白在制備柔性電子器件方面具有巨大的應用潛力。

目前制約天然絲素蛋白制備柔性電子器件，尤其是壓電薄膜的一個主要原因是壓電常數d33值較低，難以滿足實際應用中的需求。研究發現，絲素蛋白的壓電性與它的β結構數量成正比。為此，現有技術主要通過醇溶液浸泡或拉伸處理來增加絲素蛋白中β結構的數量。此外，在制備絲素蛋白薄膜時，還可以通過在高壓下長時間的復極化過程來增加壓電效應。然而，這些處理不同程度影響了絲素蛋白薄膜的韌性和機械強度。有研究提出可以在制備過程中引入氯化鈣來提高絲素蛋白薄膜韌性和拉伸強度，但這同時增加絲素蛋白二級結構中的α螺旋結構和無規則卷曲結構，即降低了β結構的數量。因此，如何兼顧絲素蛋白膜的韌性、拉伸強度和壓電性，成為本領域亟待解決的技術難題。

發明內容

有鑒于此，本發明一方面提供一種絲素蛋白復合壓電薄膜的制備方法，該方法工藝步驟簡單易操作，適合規?；圃旖z素蛋白復合壓電薄膜，同時通過該方法制備得到的絲素蛋白復合壓電薄膜各項性能優越，尤其是滿足柔性電子器件尤其是柔性壓電元件的實際應用需求。

本發明的絲素蛋白復合壓電薄膜的制備方法包括以下步驟：將甘氨酸粉末溶解于殼聚糖乙酸溶液中以得到甘氨酸-殼聚糖復合溶液，其中，所述殼聚糖乙酸溶液中殼聚糖質量分數為1.5％，所述甘氨酸-殼聚糖復合溶液中的甘氨酸與殼聚糖的質量比為0.01～5：1；將絲素蛋白粉末溶解于甲酸-氯化鈣溶液中以得到絲素蛋白質量分數為10％的絲素蛋白溶液；將所述甘氨酸-殼聚糖復合溶液和所述絲素蛋白溶液以0.1～0.5:1的質量比混合均勻，得到制膜溶液；將在基底上旋涂所述制膜溶液，干燥旋涂于所述基底上的所述制膜溶液，得到絲素蛋白復合薄膜。