一种可穿戴热疗电子器件及其阵列化的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可穿戴热疗电子器件及其阵列化的制备方法，属于电子皮肤技术领域，具体涉及可穿戴电子器件技术领域，以解决现有的热疗设备存在体积和重量较大，不易控温等缺点，其应用主要限制在医院中，应用上存在局限性的缺陷，从下至上依次包括无纺布衬底、丝网印刷银浆电极、导电材料和无纺布复合敏感层、PDMS缓冲层和导线。本发明专利技术提出的阵列化热疗电子器件可以同时感知一些人体的基本生理信号的同时根据运动程度有效的控制热疗的温度，采用无纺布来制备器件，也能保证皮肤的舒适性，该热疗电子器件具有优异的皮肤适应性和更广的应用范围，可促进可穿戴电子领域的广泛应用。用。用。

【技术实现步骤摘要】
一种可穿戴热疗电子器件及其阵列化的制备方法


[0001]一种可穿戴热疗电子器件及其阵列化的制备方法，本专利技术属于电子皮肤
，具体涉及可穿戴电子器件


技术介绍

[0002]近年来，多功能柔性电子器件凭借其在可穿戴柔性传感器、智能医疗监测、人机交互界面、电子皮肤和软机器人等领域的巨大潜在应用而备受关注。在此基础上，相应的用于医疗的电子器件，如薄膜制热器、心脏起搏器、刺激响应型药物释放平台等，也引起了人们对各种物理治疗和化学治疗的极大兴趣。因此，随着人们对便携性和可穿戴的柔性电子器件需求不断增加，迫切需要具有集成医疗监测和医疗治疗功能的可穿戴电子器件。特别是可穿戴的柔性应力、应变传感器，目前此类传感器主要依靠有三维导电网络结构的应力敏感材料与弹性材料复合而成。而作为传感器核心的应力敏感材料主要是以导电聚合物、碳纳米管、石墨烯、金属纳米线等材料为导电材料，采用模板法和冷冻干燥工艺等制备而成。但是这些材料存在制备工艺复杂、成本高以及不可再生等问题。另外以应力、应变传感器为代表的可穿戴设备，目前仅有健康检测功能，尚未有将智能医疗功能与健康检测功能集于一体的研究报道。
[0003]由柔性衬底和导电纳米材料组成的各种导电复合材料在多功能柔性电子器件制造中具有广阔的应用前景。然而由于传统塑料基材与人体皮肤存在机械不匹配以及不良的透气性，它们通常不适用于个人健康监测和治疗应用的柔性电子器件。与传统的导电金属不同，具有更好柔韧性的新型导电材料，如金属纳米线、本征导电聚合物和碳纳米管等材料，可通过溶液法，如浸涂法、喷涂法和丝网印刷在柔性基底上构建导电层。金属纳米线由于其良好的导电性和机械柔韧性而具有很大的应用前景，但同时也存在纳米线聚集、结点电阻高、成本高等缺点。碳纳米管和石墨烯等具有优良导电性能的碳纳米填料已成为制备柔性电子器件的重要研究方向，但其在水介质中的加工性能差，与普通柔性衬底的弱相互作用阻碍了其广泛应用。此外，这些纳米材料最常用于测量机械刺激下电阻变化的可穿戴传感器，然而它们无法将高导电性与机械耐久性耦合用于热疗应用。因此，如何同时获得可靠的力学完整性和良好的电学性能，以制备用于医疗保健和治疗的多功能智能织物仍然是一个巨大的挑战。
[0004]在医疗方面，热理疗是一种常用的治疗方法，广泛用于治疗关节肿痛，改善肌肉痉挛与炎症等症状，但是传统的热疗设备存在体积和重量较大，不易控温等缺点，其应用主要限制在医院中。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于：提供一种可穿戴热疗电子器件及其阵列化的制备方法，以解决现有的热疗设备存在体积和重量较大，不易控温等缺点，其应用主要限制在医院中，应用上存在局限性的缺陷。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种可穿戴热疗电子器件，从下至上依次包括无纺布衬底、丝网印刷银浆电极、导电材料和无纺布复合敏感层、PDMS缓冲层和导线。
[0008]本申请的技术方案中，导电材料为CNTs，Ti3C2或Ag NWs高电热转换材料，无纺布是具有多孔纤维微结构且具备优异的传热性能，当高电热转换材料在无纺布材料中互相不接触时，导电材料与多孔的无纺布材料之间弱电接触相互作用会导致较小的电流，导电材料和无纺布复合敏感层为多孔纤维薄膜，在压力作用下形成了复杂的导电通路，在压力作用下，导电材料和无纺布复合敏感层的电接触增强，电流增大，其焦耳热的转换效率提升，从而产生热疗，实现热疗电子的功能。本申请可穿戴热疗电子器件为压力调控型的热疗电子，即通过压力传感器的压阻特性以及导电材料的电热转换的协同效应，实现外部压力对于器件温度的调控。该电子器件可以直接贴附于人体的各个部位，如小指，手腕，颈部与背部等，可以促进伤口的热愈合，应用于颈椎与腰椎等疾病的防护。本专利技术提出的阵列化热疗电子器件可以同时感知一些人体的基本生理信号的同时根据运动程度有效的控制热疗的温度，采用无纺布来制备器件，也能保证皮肤的舒适性，该热疗电子器件具有优异的皮肤适应性和更广的应用范围，可促进可穿戴电子领域的广泛应用。
[0009]优选的，所述丝网印刷银浆电极是通过丝网印刷银浆到无纺布上经烘干形成，导线附着在银浆上且与所述丝网印刷银浆电极相连。
[0010]优选的，导电材料包括CNTs，Ti3C2或Ag NWs。
[0011]一种所述可穿戴热疗电子器件的制备方法，包括如下步骤：
[0012]步骤1、制备导电材料溶液；
[0013]步骤2、将导电材料溶液稀释至2mg mL
‑1，将无纺布切割成设定形状，然后将导电材料溶液滴涂到设定形状的无纺布上，使导电材料溶液自由扩散渗入，滴加完成后置于烘箱中烘干得混合膜，即导电材料与无纺布复合敏感层；
[0014]步骤3、在无纺布衬底上，使用银浆印制图案化叉指电极即丝网印刷银浆电极，所得带有电极的无纺布作为底部基板，将混合膜通过VHB胶带组装，得到半成品；
[0015]步骤4、通过旋涂的方法制备超薄的PDMS缓冲层，后通过VHB胶带与步骤3得到半成品进行组装得到成品。
[0016]优选的，步骤1中分别在去离子水中分散并超声处理导电材料CNTs和Ti3C2，在异丙醇中分散AgNWs，分别得到分散均匀且稳定的CNTs的水溶液，Ti3C2的水溶液和AgNWs溶液，CNTs的水溶液浓度为14mg mL
‑1，Ti3C2的水溶液浓度为5mg mL
‑1，AgNWs溶液的浓度为6mg mL
‑1。
[0017]优选的，步骤3中图案化叉指电极为单电子器件的图案化电极或阵列化电子器件的图案化电极。
[0018]更为优选的，单电子器件的单个图案化电极大小边长范围是0.4
‑
1.6cm，阵列化电子器件的单个图案化电极大小边长范围是0.4
‑
1.6cm，其中相邻图案化电极之间的间隙范围是0.1
‑
0.4cm，阵列化电子器件的图案化电极的电极边长与间隙的比例为4：1。
[0019]更为优选的，单电子器件的设定形状为0.4cm*0.4cm
‑
1.6cm*1.6cm的正方形，阵列化电子器件的设定形状是由多个0.4cm*0.4cm
‑
1.6cm*1.6cm正方形组成的3*3
‑
12*12的阵列图形。
[0020]优选的，步骤4中PDMS缓冲层的制备包括PDMS的预聚物与交联剂混合，PDMS的预聚物与交联剂的质量比为10:1，先超声振荡30min，然后真空去泡10min，使用600rpm旋涂30s形成薄膜，置于烘箱中60℃烘干4h，然后剥离得到。
[0021]本申请的技术方案中：
[0022]PDMS：聚二甲基硅氧烷；
[0023]VHB：亚克力泡棉；
[0024]PDMS的预聚体(poly(dimethyl
‑
methylvinylsiloxane))为聚甲基乙烯基硅氧烷；
[0025]交联剂(poly(dimethyl...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可穿戴热疗电子器件，其特征在于：从下至上依次包括无纺布衬底、丝网印刷银浆电极、导电材料和无纺布复合敏感层、PDMS缓冲层和导线。2.根据权利要求1所述的一种可穿戴热疗电子器件，其特征在于：所述丝网印刷银浆电极是通过丝网印刷银浆到无纺布上经烘干形成，导线附着在银浆上且与所述丝网印刷银浆电极相连。3.根据权利要求1所述的一种可穿戴热疗电子器件，其特征在于：导电材料包括CNTs，Ti3C2或Ag NWs。4.一种如权利要求1
‑
3任一项所述可穿戴热疗电子器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、制备导电材料溶液；步骤2、将导电材料溶液稀释至2mg mL
‑1，将无纺布切割成设定形状，然后将导电材料溶液滴涂到设定形状的无纺布上，使导电材料溶液自由扩散渗入，滴加完成后置于烘箱中烘干得混合膜，即导电材料与无纺布复合敏感层；步骤3、在无纺布衬底上，使用银浆印制图案化叉指电极即丝网印刷银浆电极，所得带有电极的无纺布作为底部基板，将混合膜通过VHB胶带组装，得到半成品；步骤4、通过旋涂的方法制备超薄的PDMS缓冲层，后通过VHB胶带与步骤3得到半成品进行组装得到成品。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤1中分别在去离子水中分散并超声处理导电材料CNTs和Ti3C2，在异丙醇中分散AgNWs，分别得到分散均匀且稳定的CNTs的水溶液，Ti3C2的水溶液和AgNWs溶液，CNTs的水溶液浓度为14mg mL
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【专利技术属性】
技术研发人员：高林，于军胜，李颖，李璐，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：