一种长效抗菌且能循环利用的多功能传感器材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种长效抗菌且能循环利用的多功能传感器材料及其制备方法和应用，该材料以天然高分子、金属盐、醇类有机化合物为原料，采用金属离子与天然高分子的活性基团交联，并在交联点上原位还原金属粒子进行制备得到。该多功能传感器材料不仅具有柔性，能够完全模拟人体的运动，还具有优异的力学性能，高电导率，高灵敏和快速响应性能，该材料不仅可以准确和快速地监测人体运动，还可以灵敏地识别不同的书写笔迹，具有书写防伪识别能力。而且该复合材料具有长效抗菌的性能和环境降解能力，且能够循环利用。本发明专利技术多功能传感器材料的制备工艺简单，绿色无污染，该复合材料为制备绿色和高性能的多功能传感器提供了一个新的平台。新的平台。新的平台。

【技术实现步骤摘要】
一种长效抗菌且能循环利用的多功能传感器材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种传感器材料，具体涉及一种长效抗菌且能循环利用的多功能传感器材料及其制备方法和在制备用于实时监测人体运动和书写笔迹防伪识别的多功能应变传感器中的应用，属于高分子多功能智能传感器材料


技术介绍

[0002]传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。近年来，传感器由于具有柔性、可拉伸、智能响应等特性，在个人健康监测，电子皮肤，人机交换等领域具有广阔的应用。然而，传统的应变传感器大部分都是以石油基为基材，通常需要高压或者高温等苛刻条件进行合成和加工，以及不具有高效的循环利用和环境降解能力，给环境增加了电子污染负担。因此，通过工艺简单，绿色无污染，条件温和的方法实现制备一种可循环利用并且具有环境降解能力的传感器复合材料具有极其重要的挑战和意义。而且应变传感器在生物医学、机电一体化、体育运动训练应用等领域，由于需要测量拉伸形变和弯曲表面上的运动等，如人体运动检测与血压监测，对柔性可拉伸应变传感器的需求日益增加同时，对其性能也更高要求化。
[0003]此外，随着技术的发展，单一功能传感器已经无法满足人们的需求，多功能传感器可以同时实现监测人体不同身体部位的动作和生理状态，引起人们更多的关注。与具有单一功能的单个传感器相比，这种多功能的传感设备具有能耗低，成本低，集成度高和体积小的优势。此外，人们对抗菌抗病毒的卫生材料有了更多的关注，传感器是可穿戴电子设备的核心部件之一，为健康、医疗、运动等领域的监控和测量提供了重要数据。可穿戴传感器常用于实时监测人体的宏观(手指关节、手腕关节、肘关节和膝关节)运动，但由于可穿戴设备的特殊使用性，使得可穿戴柔性传感器经常处于易滋生细菌的环境中，而现有的可穿戴柔性传感器无实质抗菌性能。因此，制备一种具备长效抗菌或者抗病毒的可穿戴的传感器材料对保护人们生命健康有着重要的意义。
[0004]基于上述的挑战，淀粉高分子材料是是有望解决上述问题的材料之一，一方面天然高分子材料来源广泛，无毒无害，成本低，具有良好的生物相容性；另一方面，天然高分子材料具有和皮肤相匹配的柔性，并且具有环境降解能力，不会造成环境污染，因此是制备柔性、可循环利用、多功能材料的理想选择。为了提高材料的抗菌性能，纳米金属粒子是一种具有吸引力的材料，因为纳米金属粒子不仅具有一定导电能力，而且具有一定的抗菌性能，可以在一定程度上保护穿戴传感器的身体部位由于人体的汗液遭受微生物的感染。然而，纳米金属粒子在制备过程存在容易聚集的问题限制了它们在传感领域的进一步应用，一种有效可行的方法就是采用纳米金属粒子与柔性高分子材料结合，然而不幸的是，目前金属纳米粒子和淀粉高分子材料的制备方法较少，并且这些方法通常包括苛刻的反应条件、昂贵的设备和复杂的制备过程。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，解决传统应变传感器存在的坚硬，功能单一，不能循环利用和降解以及没有抗菌性等问题，而提供的一种具有长效抗菌性能且能循环利用、可降解的多功能传感器材料及其制备方法和应用。该多功能传感器材料以天然高分子、金属盐、醇类有机化合物为原料制备得到，不仅具有柔性，能够完全模拟人体的运动，还具有优异的力学性能，高电导率，高灵敏和快速响应性能，用该材料制备多功能应变传感器不仅可以用来实时监测人体运动变化，还可以监测不同的书写笔迹，具有书写防伪识别的能力。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术以天然高分子、金属盐、醇类有机化合物为原料，采用金属离子与天然高分子的活性基团交联，并在交联点上原位还原金属粒子，制备了一种高性能、多功能、可循环利用、可降解且能长效抗菌的新型高分子多功能传感器材料。
[0007]技术路线为：天然高分子
→
金属离子交联天然高分子网络聚合物基体
→
多功能高分子复合材料。
[0008]所述的一种长效抗菌且能循环利用的多功能传感器材料的制备方法，具体包括如下步骤：（1）按照金属盐:天然高分子:醇类有机化合物=（0.5～1.0）:（1.5～3）:（0.6～2）的重量比，取上述原料备用；所述的天然高分子为羧甲基淀粉、木薯淀粉、玉米淀粉、羧甲基壳聚糖、羧甲基纤维素钠中的一种；将天然高分子溶于去离子水配制成质量百分含量为3.5%
‑
10%的溶液，将醇类有机化合物溶于水配制成质量百分含量为4
‑
8%的溶液，然后在天然高分子溶液中加入醇类有机化合物溶液，在60℃下加热搅拌30～35min；（2）将金属盐溶于水制得0.01mg/mL～100mg/mL的金属盐溶液；（3）在上述溶液中加入金属盐溶液，在60℃下加热搅拌30min，接着加入与金属盐溶液等体积的、0.01～50mg/mL的还原剂溶液并加入金属盐溶液体积1/8～1/5、体积浓度为25%的增塑剂溶液，混合搅拌均匀；（4）将制备好的成膜液倒入磨具，放入40℃的真空干燥箱干燥12h，即得多功能传感器材料。
[0009]上述的长效抗菌且能循环利用的多功能传感器材料的制备方法中，所述的金属盐为硝酸银、硝酸铜、硝酸锌、氯化铬、氯化铁中的一种。所述的醇类有机化合物为聚乙烯醇、 聚丙烯醇、聚丁烯醇中的一种。
[0010]优选的，上述的长效抗菌且能循环利用的多功能传感器材料的制备方法，步骤（3）中所述的还原剂为L
‑
抗坏血酸、香草醛、柠檬酸、硼氢化纳、硼氢化钾、酒石酸钾中的一种；所述的增塑剂为丙三醇、乙二醇、二甘醇、二丙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇中的一种。
[0011]本专利技术的另一目的在于提供一种如上述长效抗菌且能循环利用的多功能传感器材料的制备方法制备得到的多功能传感器材料以及该多功能传感器材料在制备多功能传感器中的应用。进一步的，该长效抗菌且能循环利用的多功能传感器材料在制备用于实时监测人体运动和书写笔迹防伪识别的多功能应变传感器中的应用。
[0012]本专利技术的有益效果为：1、本专利技术多功能传感器材料的制备方法以天然高分子（如淀粉）为基材，将金属盐
原位还原成纳米金属粒子，均匀分散在复合材料基体中，该制备方法简单，反应条件温和，所用的试剂毒性小，制得的多功能传感器材料具有优异的抗菌性能。
[0013]2、本专利技术制备得到的传感器材料具有柔性和稳定性，可以和皮肤之间紧密的结合，准确的模仿皮肤的运动状态，完全模拟人体的运动，可用于制备实时监测人体运动变化的传感器。
[0014]3、采用本专利技术方法制备得到的传感器材料具有杰出的力学性能(应力，应变)，优异的抗疲劳性。
[0015]4、本专利技术制备得到的传感器材料具有长期抗菌的性能，该材料能有效灭杀大肠杆菌和金黄色葡萄球菌等病原微生物，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌具有长效抑菌的效果，该传感器材料可用于制备可穿戴传感器。
[0016]5、本专利技术制备得到的传感器材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种长效抗菌且能循环利用的多功能传感器材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）按照金属盐:天然高分子:醇类有机化合物=（0.5～1.0）:（1.5～3）:（0.6～2）的重量比，取上述原料备用；所述的天然高分子为羧甲基淀粉、木薯淀粉、玉米淀粉、羧甲基壳聚糖、羧甲基纤维素钠中的一种；将天然高分子溶于去离子水配制成质量百分含量为3.5%
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10%的溶液，将醇类有机化合物溶于水配制成质量百分含量为4
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8%的溶液，然后在天然高分子溶液中加入醇类有机化合物溶液，在60℃下加热搅拌30～35min；（2）将金属盐溶于水制得0.01mg/mL～100mg/mL的金属盐溶液；（3）在上述溶液中加入金属盐溶液，在60℃下加热搅拌30min，接着加入与金属盐溶液等体积的、0.01～50mg/mL的还原剂溶液并加入金属盐溶液体积1/8～1/5、体积浓度为25%的增塑剂溶液，混合搅拌均匀；（4）将制备好的成膜液倒入磨具，放入40℃的真空干燥箱干燥12h，即得多功能传感器材料。2.根据权利要求1所述的长效抗菌且能循环利用的...

【专利技术属性】
技术研发人员：林宝凤，李健芳，邓永福，张远程，张宇伟，付浩，梁芸通，赵文忻，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：