一种具有褶皱结构的可拉伸导电弹性体及其制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种具有褶皱结构的可拉伸导电弹性体及其制备和应用，所述材料以PGSH弹性体为基底材料，基底材料表面负载PEDOT:PSS膜；其中可拉伸导电材料具有褶皱结构。本发明专利技术所得可拉伸材料具有良好的生物相容性能和降解性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种具有褶皱结构的可拉伸导电弹性体及其制备和应用


[0001]本专利技术属于功能性可拉伸导电弹性体领域，特别涉及一种具有褶皱结构的可拉伸导电弹性体及其制备和应用。

技术介绍

[0002]医用柔性电子器件近年来受到了越来越多的关注，一系列具有不同功能和结构的柔性电子器件被研制并走进了人们的生活。最近，具有降解性的可拉伸电子器件在医用柔性电子器件领域表现出广阔的发展潜力。在柔性可拉伸基底材料上构筑导电物质是一种有效的制备可拉伸电子器件的方法。金属和碳基材料，如碳纳米管、银纳米线、石墨烯、金纳米片等是常用的导电材料。这些无机材料虽然具有良好的电导率，但是均表现出刚性的力学性能，具有很高的模量，从而与柔性基底之间具有一定的力学性能不匹配性。这将会影响可拉伸电子器件在长期动态环境中电学性能的稳定性。并且，大多数金属和碳基材料不可降解，这也将阻碍其在可降解医用柔性电子器件中的应用。
[0003]CN111071983A弹性体PDMS多级褶皱表面的快速制备方法，PDMS由于表面疏水，表面自由能较低，PEDOT：PSS水溶液对其的浸润性较差。因此，PDMS弹性体需要进行表面等离子处理以提升PEDOT：PSS水溶在其表面的成膜性，耗时费力。另外，PDMS不可降解，难以构筑降解电子器件。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种具有褶皱结构的可拉伸导电弹性体及其制备和应用，本专利技术中PGSH表面自由能较高，与PEDOT：PSS水溶液的浸润性较好，可直接在PGSH表面通过喷涂的方法成膜。另外，PGSH的生物相容性和降解性能已被验证，可制备可降解性电子器件，在生物传感领域有较大的应用潜力。
[0005]本专利技术的一种可拉伸导电材料，所述材料以PGSH弹性体为基底材料，基底材料表面负载PEDOT:PSS膜；其中可拉伸导电材料具有褶皱结构。
[0006]所述PGSH弹性体为六亚甲基二异氰酸酯HDI交联的PGS弹性体。
[0007]进一步地，所述PGSH弹性体的结构式为：其中n＝10
‑
999
[0008]进一步地，所述PGSH弹性体具体制备方法为：PGS预聚物溶于溶剂中，并加热至25
‑
100℃，0.1
‑
1当量(通过PGS聚合物中羟基含量计算，也即HDI为PGS羟基理论含量的10
‑
100％摩尔比)的HDI加入到上述溶液中，氮气环境下继续反应0.1
‑
3h。随后反应液倒入模具
中，通风橱中室温缓慢挥发溶剂，然后置于真空烘箱中25
‑
100℃下1
‑
100h，获得弹性体。
[0009]所述PGS预聚物由等摩尔量的癸二酸和甘油缩聚而得。
[0010]本专利技术的一种可拉伸导电材料的制备方法，包括：
[0011](1)将PEDOT:PSS、溶剂、添加剂混合，过滤，得到PEDOT:PSS溶液；
[0012](2)将上述PEDOT:PSS溶液喷涂到预拉伸的PGSH弹性体薄膜上，干燥，释放应力，
[0013]得到可拉伸导电材料。
[0014]所述步骤(1)中PEDOT:PSS、溶剂的质量比为1:0.5
‑
1:5；所述溶剂为水和乙醇的混合液(水和乙醇的质量比为1:1
‑
3:1)；添加剂为二甲基亚砜，添加剂加入后的浓度为3
‑
5％。
[0015]所述步骤(2)中预拉伸为20
‑
300％。
[0016]所述步骤(2)中PEDOT:PSS溶液喷涂到预拉伸的PGSH弹性体薄膜上具体为：PEDOT:PSS溶液喷涂到经过预拉伸的置于50
‑
150℃加热台的PGSH弹性体薄膜上；其中喷涂距离为5
‑
30cm。
[0017]步骤(2)中通过改变掩模板形状可制备图案化PEDOT:PSS导电膜，具体为将具有一定形状的镂空掩模版置于PGSH膜表面，后续喷涂加工方式相同，不同图案化可以通过不同形状的掩模版进行调控。
[0018]所述步骤(2)中喷涂量为0.1
‑
1ml/cm2。
[0019]所述PGSH弹性体的合成方程式，具体为：
[0020]其中n＝10
‑
999。
[0021]本专利技术提供一种所述可拉伸导电材料在应变传感器、心电图电极或摩擦纳米发电机中的应用。
[0022]本专利技术提供一种所述可拉伸导电材料在制备心血管疾病诊断和治疗器件中的应用。
[0023]有益效果
[0024]本专利技术具有良好力学性能、生物相容性和降解性的全聚合物可拉伸电子器件。选用PGSH弹性体为基底材料，PEDOT:PSS作为导电材料，通过喷涂的方法制备了具有褶皱结构的可拉伸电极材料。结合掩模板，可方便地制备具有图案化结构的可拉伸电极材料。由于良好的浸润性和基底与导电材料之间的强相互作用，可拉伸电极具有良好的导电性，承受100％的拉伸并维持较低的电阻。另外，可拉伸电极也被证实具有良好的生物相容性能和降解性能。以可拉伸电极为基础，制备了具有良好性能的应变传感器、心电图电极和摩擦纳米发电机等医用柔性电子器件。
附图说明
[0025]图1为PGSH弹性体的红外谱图；
[0026]图2为PGSH/PEDOT:PSS可拉伸导电弹性体制备示意图；
[0027]图3为不同喷涂参数制备的PEDOT:PSS膜的方块电阻。
[0028]图4为(a)PGSH膜(左)和PGSH/PEDOT:PSS可拉伸电极(右)的照片。(b)PGSH膜和PGSH/PEDOT:PSS可拉伸电极的透明性。(c)不同图案化的PGSH/PEDOT:PSS的照片；其中比例尺为10mm；
[0029]图5为PGSH/PEDOT:PSS可拉伸电极的微观褶皱结构SEM照片；
[0030]图6(a)100％拉伸状态下的可拉伸电极能够点亮LED灯。(b)可拉伸电极不用应变下的方块电阻。
[0031]图7为大尺度褶皱随应变变化的SEM图片；其中比例尺为50μm；其中插图为50％应变下的大尺寸褶皱SEM图片，插图的比例尺为10μm；
[0032]图8为PGSH/PEDOT:PSS可拉伸电极的胶带剥离试验照片；
[0033]图9为PGSH/PEDOT:PSS可拉伸电极的循环拉伸下的方块电阻变化。插图为可拉伸电极的循环拉伸应力应变曲线；
[0034]图10为(a)PGSH/PEDOT:PSS可拉伸电极在PBS中的体外降解实验结果。(b)CCK
‑
8实验结果。数据表示平均值
±
标准差。不同材料在同一时间点的测定结果无显著性差异。与前一个时间点比较，统计学意义为*(p<0.05)or**(p<0.01)。(c)活死细胞染色照片(绿色代表正常活性细胞，红色代表死亡细胞)。比例尺：100μm。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可拉伸导电材料，其特征在于，所述材料以PGSH弹性体为基底材料，基底材料表面负载PEDOT:PSS膜；其中可拉伸导电材料为褶皱结构。2.根据权利要求1所述可拉伸导电材料，其特征在于，所述PGSH弹性体为六亚甲基二异氰酸酯HDI交联的PGS弹性体。3.一种可拉伸导电材料的制备方法，包括：(1)将PEDOT:PSS、溶剂、添加剂混合，过滤，得到PEDOT:PSS溶液；(2)将上述PEDOT:PSS溶液喷涂到预拉伸的PGSH弹性体薄膜上，干燥，释放应力，得到可拉伸导电材料。4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中PEDOT:PSS、溶剂的质量比为1:0.5
‑
1:5；所述溶剂为水和乙醇的混合液；添加剂为二甲基亚砜。5.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中预拉伸为20<...

【专利技术属性】
技术研发人员：游正伟，陈硕，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：