一种仿生液态离子导体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种仿生液态离子导体，通过把具有连续成形性的溶液作为导体用于多种电子器件的设计。本发明专利技术的液态离子导体具有高粘度、高导电率、透明性好、可连续成形、价格低廉、制备过程简单等特点，可用于制备具有连续流动导体的电子器件，延迟开关器件，柔性图案化电子器件等，突破了现有可用于制备柔性器件的液态金属、离子液体等液态导体的制备过程复杂，价格昂贵、透明性不好等缺点，为电子器件的设计制备提供了更多的材料选择和设计思路，并将拓展柔性电子器件的应用领域。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生液态离子导体及其制备方法和应用
本专利技术涉及柔性电子器件
，尤其涉及一种仿生液态离子导体及其制备方法和应用。
技术介绍
近些年来，随着柔性软物质材料日益增长的应用，以及柔性电子器件在医疗、传感、柔性机器人、人造假肢、可穿戴设备等诸多领域中的持续科研突破和展现的重要应用，柔性电子器件得到了前所未有的关注。柔性导体是柔性器件的核心成分，目前科研人员已经开发了多种柔性导体，包括粘附在柔性基材上的金属或半导体薄膜、导电聚合物、导电弹性体、水凝胶等固态导体，和封装在柔性导管中的液态金属、离子液体等液态导体。与固态导体相比，液态导体具备一些独特的优势，如本征的可流动性和自修复性能。但是目前液态金属和离子液体的制备过程复杂，使其价格昂贵，且材质不透明，限制了其在柔性器件中的发展及应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种仿生液态离子导体及其制备方法和应用。为了实现以上目的，本专利技术的技术方案为：一种仿生液态离子导体，所述仿生液态离子导体的组分包括生物大分子、无机盐和溶剂，其中所述生物大分子的占比为质量分数0.5～5％，所述无机盐的浓度为0.5～5mol/L；所述生物大分子的原料包括蛋清粉、山药粉、秋葵干粉中的一种。无机盐、生物大分子的浓度及溶剂的比例在一定范围之内以保证所制备的液态离子导体具有高粘度、高导电率和可连续成形等特征。可选的，所述无机盐包括锂盐、钠盐和钾盐中的至少一种。无机盐具有高导电率的特征且不会与生物大分子发生化学反应。r>可选的，所述溶剂包括水和甘油的混合溶剂，其中水和甘油的体积比为10:0～5:5。可选的，所述仿生液态离子导体的粘度为0.4～1.5Pa·s，电导率为3～20S/m。可选的，向溶剂中加入无机盐搅拌至无机盐溶解，然后边搅拌边分批加入生物大分子的原料，搅拌4～12小时至形成均一液体。上述仿生液态离子导体在电子器件中的应用。可选的，使所述仿生液态离子导体形成循环流动的连续液柱，使所述连续液柱作为电路的一部分，形成基于循环流动液态离子导体的电子器件。可选的，将所述仿生液态离子导体装入管道中，管道一端通过蠕动泵连通储液池，另一端连接出液装置，将所述出液装置设于储液池上方，开启蠕动泵调节流量为10～100mL/min，于出液装置下端至储液池之间形成所述连续液柱；将所述连续液柱的至少一段的两端接入所述电路。连续液柱通过电极接入电路，连接的电极可以为铜电极、铂电极、银/氯化银电极、碳素电极中的一种。可选的，提供柔性绝缘基板，所述柔性绝缘基板设有储液区和与储液区连通的微通道，使所述微通道作为电路的一部分，将所述仿生液态离子导体注入储液区，通过按压储液区使所述仿生液态离子导体进入微通道中并导通电路，形成延迟开关器件。可选的，将所述仿生液态离子导体涂覆于柔性绝缘基材上并作为电路的一部分，形成柔性图案化电子器件。上述应用中，电源所施加的电压可以是直流电压或交流电压。本专利技术的有益效果为：1)本专利技术所制备的仿生液态离子导体具有高粘度、高导电性、高透明性、可连续流动、制备过程简单、价格低廉等特点，突破了现有柔性电子器件中常用的液态金属、离子液体等液态导体的制备过程复杂、价格昂贵、透明性差等缺点。与电解质水溶液相比，仿生液态离子导体不仅具有优异的稳定性，而且也具有较高的粘度，可连续稳定成形。2)本专利技术基于仿生液态离子导体的流动特性，设计了一种循环流动的电子器件，该电子器件中的导电元件即液态离子导体能够循环使用。3)本专利技术基于仿生液态离子导体的流动特性，设计了一种延迟开关的电子器件，可用以检测储液池处的形变量和动态离子导体的位置。4)本专利技术基于仿生液态离子导体的高粘度特性，设计了一种柔性图案化电子器件，电路图案可任意设计，具有良好的灵活性。区别于电解质水溶液在亲水的多孔膜基底上的快速且大面积扩散而引起的无法精确直写，仿生液态离子导体可以形成稳定的电路图案。附图说明图1为实施例1-7的仿生液态离子导体的制备过程示意图；图2为实施例2的仿生液态离子导体形成连续液柱的示意图及试验结果图；图3为实施例1-7的仿生液态离子导体导电的原理示意图；图4为实施例8和对比例2的基于循环流动液态离子导体的电子器件的结构示意图及试验结果；图5为实施例9的延迟开关器件的结构示意图；图6为实施例10的柔性图案化电子器件的试验测试结果；具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步解释。实施例1-7一种仿生液态离子导体，组成为蛋清粉、KCl、甘油和超纯水，其中作为溶剂的甘油与超纯水的体积比、蛋清粉质量分数、KCl浓度见下表。参考图1，其制备方法为：在烧杯中加入甘油和超纯水混合均匀后，加入KCl充分搅拌，再分批加入蛋清粉，搅拌8h。得到的仿生液态离子导体的粘度、电导率见下表。参考图2，在液态离子导体中，由于蛋清粉内含有蛋白质大分子，而大分子之间会缠绕且由于大量酰胺键的存在形成氢键，使液态离子导体具有高粘度，保证液体流动性的同时可以能够连续成形。参考图3，当在液态离子导体两端连接电极并施加电压时，大量存在的阴阳离子在电场作用下发生定向运动，使液态离子导体具有高导电率。在本专利技术中，液态离子导体的成形性与其粘度有关，即粘度越高，液态离子导体的连续成形性越好。利用去离子水-甘油的混合溶剂溶解无机盐和生物大分子，其中甘油的加入使液态离子导体具有较低的挥发性，与无甘油的液态离子导体相比，加入甘油会大大提高液态离子导体的稳定性。仿生液态离子导体的导电率可以通过甘油的浓度、无机盐的浓度等进行调控。仿生液态离子导体的导电率随着甘油浓度的增加而降低，而随着无机盐的浓度的增加而增加，而仿生液态离子导体的粘度随甘油的浓度和无机盐的浓度的变化不明显。实施例8一种基于循环流动液态离子导体的电子器件，参考图4，将实施例2的仿生液态离子导体装入硅胶管道11中，硅胶管道11的一端连接注射针头12作为出液装置，另一端通过蠕动泵13连通储液池14。将硅胶管道11与注射针头12垂直固定于储液池14的上方。将三个LED灯15和一个铂电极16等距离地固定于注射针头12的下方。三个LED灯15通过并联形式连接，利用双头鳄鱼夹线将LED灯15与铂电极16分别与交流电源17的零线和火线相连，形成闭合电路。开启蠕动泵，调节流量为15mL/min，使液态离子导体通过硅胶管道11及注射针头12，在针头12下端形成稳定的连续液柱18。打开交流电源17，设置峰峰值电压，观察LED灯15的亮度，参考图4中的A部分，图中可见峰值电压分别为15Vpp、10Vpp和7Vpp时的LED灯的状态。对比例2采用实施例8的结构，硅胶管道11中加入电解质溶液(2mol/L的KCl水溶液，与实施例8的差别在于不添加蛋清粉)，在蠕动泵的流量在100mL/min以下时，只能形成水滴，无法形成连续本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仿生液态离子导体，其特征在于：所述仿生液态离子导体的组分包括生物大分子、无机盐和溶剂，其中所述生物大分子的占比为质量分数0.5～5％，所述无机盐的浓度为0.5～5mol/L；所述生物大分子的原料包括蛋清粉、山药粉、秋葵干粉中的一种。/n

【技术特征摘要】
1.一种仿生液态离子导体，其特征在于：所述仿生液态离子导体的组分包括生物大分子、无机盐和溶剂，其中所述生物大分子的占比为质量分数0.5～5％，所述无机盐的浓度为0.5～5mol/L；所述生物大分子的原料包括蛋清粉、山药粉、秋葵干粉中的一种。


2.根据权利要求1所述的仿生液态离子导体，其特征在于：所述无机盐包括锂盐、钠盐和钾盐中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的仿生液态离子导体，其特征在于：所述溶剂包括水和甘油的混合溶剂，其中水和甘油的体积比为10:0～5:5。


4.根据权利要求1所述的仿生液态离子导体，其特征在于：所述仿生液态离子导体的粘度为0.4～1.5Pa·s，电导率为3～20S/m。


5.权利要求1～4任一项所述的仿生液态离子导体的制备方法，其特征在于：向溶剂中加入无机盐搅拌至无机盐溶解，然后边搅拌边分批加入生物大分子的原料，搅拌4～12小时至形成均一液体。


6.权利要求1～4任一项所述的仿生液态离子导体在电子...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯旭，王树立，杨仙，张运茂，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35