一种具有本征离子传导特性的天然多糖基传感膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有本征离子传导特性的天然多糖基传感膜及其制备方法，利用植酸、COFs与可德胶、纳米纤维素之间的物理交联，构建基于多重氢键作用的三维传感膜网络。传感膜网络中植酸电离的H

【技术实现步骤摘要】
一种具有本征离子传导特性的天然多糖基传感膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于天然高分子材料领域，具体涉及一种具有本征离子传导特性的天然多糖基传感膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，智能可穿戴技术迅速发展，运动监测、人工智能、电子皮肤以及医疗保健等领域对可穿戴的柔性电子器件的需求日益增大，而具有良好柔韧性和延展性的导电凝胶则被认为是极具发展应用前景的理想柔性传感材料之一，备受青睐。但在实际应用中对凝胶传感材料的响应灵敏性要求高，有待进一步改善和提升的导电性能成为了限制凝胶传感材料发展的问题所在，尤其是在特殊环境条件下（如低温、低湿、高温）凝胶传感材料稳健的导电性能和力学性能的实现仍旧是一个巨大挑战。
[0003]目前，国内外制备离子传导的凝胶传感膜材料主要有三种方法：一是将液态电解质溶液（如盐溶液或离子液体）填充在高分子网络中，使膜材料具有一定的离子传导功能，但此类凝胶膜材料存在电解质泄露的缺陷，稳定性差，且由于没有形成良好的离子传递通道而阻碍离子快速传递，离子传导率较低。二是利用本身具有一定离子传导能力的高分子主链构建传感膜材料，但仍需协同电解质以提高导电性能，仍旧存在电解质流失的隐患；三是采用离子载体基团修饰高分子主链以解决电解质外泄的弊端，但由于高分子网络中离子传导阻力大，依旧难以满足市场对高离子传导率的需求，且存在制备方法复杂和离子载体的分布不可控的不足。现今主要是采用乙二醇和甘油等低温保护剂以提高凝胶膜材料的抗冻性能，但即便如此，低温环境下的凝胶膜的离子传导率仍旧大幅衰减，不能达到应用需求。因此传感膜材料导电性能的优化是亟待解决的关键问题之一，提高离子传导率、增强机械耐久性以及拓宽工作条件成为了当前凝胶传感膜材料的发展趋势。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有传感膜性能及制备方法的不足，提供一种基于COFs和植酸协同作用的具有本征离子传导特性的天然多糖基传感膜的制备方法。本专利技术利用植酸、COFs与可德胶、纳米纤维素之间的物理交联，构建基于多重氢键作用的三维传感膜网络。通过多重氢键交联作用增强传感膜的力学性能的同时，利用植酸电离的H
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的迁移为膜材料提供离子传导能力，以二维共价有机框架的一维离子孔道及孔道里丰富的离子载体基团促进H
+
的高效传递，赋予传感膜优异的离子导电性能，通过氢键作用可将植酸和COFs“锁”于膜材料内，解决了传统传感膜导电物质易于泄露的难题。以介电常数较高的二甲基亚砜作为抗冻剂，赋予传感膜抗冻性能，在实现低温传感的同时有利于进一步改善膜材料的离子传导性能。本专利技术方法工艺简单，操作容易，原料来源于天然多糖，绿色环保，所制备的传感膜力学强度高，导电性优良，应变传感灵敏，稳定性好，耐用性强，能适用于低温特殊环境。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种具有本征离子传导特性的天然多糖基传感膜及其制备方法，包括以下步骤：（1）将2,4,6
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三羟基
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1,3,5
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苯三甲醛的正辛酸溶液缓慢滴加到2,5
‑
二氨基苯磺酸水溶液的上层，在40%湿度、20℃下恒温恒湿反应72h，移去上层正辛酸溶液，下层水溶液用去离子水进行透析处理，得到共价有机框架COFs水分散液。
[0006]（2）将可德胶、二甲基亚砜加入固含量为1.41wt%的纳米纤维素溶液中，100℃加热搅拌，配制成均匀的可德胶
‑
纳米纤维素溶液；向可德胶
‑
纳米纤维素溶液中加入植酸溶液和步骤（1）制得的COFs水分散液，100℃冷凝回流反应1h，旋涂于玻璃基材上，
‑
10 ~
ꢀ‑
20℃条件下冷冻12
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24h，室温下解冻，循环冻融2次，获得平整、均一，具有本征离子传导特性的天然多糖基传感膜。
[0007]步骤（1）中共价有机框架COFs水分散液的浓度为1
‑
2mg/mL。
[0008]步骤（2）中配制得到的可德胶
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纳米纤维素溶液中可德胶的含量为2wt%
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5wt%，二甲基亚砜的含量为40wt%
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45wt%；植酸溶液浓度为50wt%，植酸溶液和COFs水分散液的体积比为（3~12）:（3~16）。
[0009]本专利技术的显著优点：（1）本专利技术方法工艺简单，操作容易，原料来源于天然多糖，绿色环保，基于植酸和COFs的协同作用显著提高了传感膜的离子传导能力，解决了传统传感膜导电物质易于泄露的难题；（2）本专利技术制备的传感膜力学强度高，导电性优良，应变传感灵敏，稳定性好，耐用性强，能适用于低温特殊环境。
附图说明
[0010]图1为本专利技术制备的传感膜的实物图；图2为本专利技术制备的传感膜的力学性能测试示意图；图3为本专利技术制备的传感膜作为应变传感器用于人体运动监测，其监测的电阻变化曲线表明手臂弯曲运动时传感膜的电阻信号保持平稳，响应灵敏。
具体实施方式
[0011]为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，但是本专利技术不仅限于此。
[0012]实施例1一种具有本征离子传导特性的天然多糖基传感膜及其制备方法，包括以下步骤：（1）将2,4,6
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三羟基
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1,3,5
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苯三甲醛的正辛酸溶液缓慢滴加到2,5
‑
二氨基苯磺酸水溶液的上层，在40%湿度、20℃下恒温恒湿反应72h，移去上层正辛酸溶液，下层水溶液用去离子水进行透析处理，得到浓度为1mg/mL的COFs水分散液。
[0013]（2）将2g可德胶、20g二甲基亚砜加入25g固含量为1.41wt%的纳米纤维素溶液中，100℃加热搅拌，配制成均匀的可德胶
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纳米纤维素溶液；向可德胶
‑
纳米纤维素溶液中加入12mL 50wt%的植酸溶液和12mL COFs水分散液，100℃冷凝回流反应1h，旋涂于玻璃基材上，
‑
15℃条件下冷冻24h，室温下解冻，循环冻融2次，获得平整、均一，具有本征离子传导特
性的天然多糖基传感膜（如图1），该传感膜具有优异的力学性能（如图2）。
[0014]实施例2一种具有本征离子传导特性的天然多糖基传感膜及其制备方法，包括以下步骤：（1）将2,4,6
‑
三羟基
‑
1,3,5
‑
苯三甲醛的正辛酸溶液缓慢滴加到2,5
‑
二氨基苯磺酸水溶液的上层，在40%湿度、20℃下恒温恒湿反应72h，移去上层正辛酸溶液，下层水溶液用去离子水进行透析处理，得到浓度为2mg/mL的COFs水分散液。
[0015]（2）将5g可德胶、45g二甲基亚砜加入60g固含量为1.41wt%的纳米纤维素溶液中，100℃加热搅拌，配制成均匀的可德胶
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有本征离子传导特性的天然多糖基传感膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将2,4,6
‑
三羟基
‑
1,3,5
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苯三甲醛的正辛酸溶液缓慢滴加到2,5
‑
二氨基苯磺酸水溶液的上层，在40%湿度、20℃下恒温恒湿反应72h，移去上层正辛酸溶液，下层水溶液用去离子水进行透析处理，得到共价有机框架COFs水分散液；（2）将可德胶、二甲基亚砜加入固含量为1.41wt%的纳米纤维素溶液中，100℃加热搅拌，配制成均匀的可德胶
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纳米纤维素溶液；向可德胶
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纳米纤维素溶液中加入植酸溶液和步骤（1）制得的COFs水分散液，100℃冷凝回流反应1h，旋涂于玻璃基材上，
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10 ~
ꢀ‑
20℃条件下冷冻12
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24h，室温下解冻，循...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢麒麟，吴嘉茵，
申请(专利权)人：闽江学院，
类型：发明
国别省市：