一种生理监控多功能传感器的制备方法技术

本发明专利技术提供一种生理监控多功能传感器的制备方法，包括：依次进行荷梗丝的获取、聚苯胺溶液制备、真空抽滤与浓氨水处理、干燥提取、离心均质、浸泡晾干与合线编织。聚苯胺溶液的制备具体为：将苯胺、浓盐酸与去离子水置于冰浴中进行混合搅拌，获得溶液A；然后将过硫酸铵与去离子水置于冰浴中进行混合搅拌，获得溶液B；最后在溶液A的搅拌过程中、将溶液B滴加到溶液A中，冰浴条件下获得聚苯胺溶液。该方法采用生物材料获得多功能传感器，原料可降解、且柔性无毒，同时原材料来源广泛、成本低、性能优异，有效用于智能可穿戴领域。有效用于智能可穿戴领域。有效用于智能可穿戴领域。

【技术实现步骤摘要】
一种生理监控多功能传感器的制备方法


[0001]本专利技术涉及应变、气体传感
，具体涉及一种生理监控多功能传感器的制备方法。

技术介绍

[0002]传感器，是一种能够感受到被测量的信息，并将感受到的信息，按照一定规律变换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、记录和控制等要求的检测装置；传感器具有微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化的特点，被广泛应用于食品、农业、国防、展馆、医疗手术、智能工业、车辆工程、航空航天等领域。目前，通常根据传感器的基本感知功能将其分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。
[0003]随着电子产品的便携化、智能化，可穿戴电子器件、软机器人、人机交互等已经在人们的日常生活中扮演着重要角色；传统传感器以刚性的半导体材料、陶瓷材料等作为传感元件，其刚度大、形状固定且拉伸性能差，难以满足可穿戴电子器件、软机器人、人机交互等柔性可拉伸设备的需求；因此，制备获得柔性可穿戴传感器件成为目前可穿戴应用领域中人们关注的重点。目前，市面上制备的柔性可穿戴传感器件存在工艺复杂、价格昂贵、无法循环利用、体积大、有毒性、原材料探索不便等问题，极大的限制了传感器件在可穿戴器件领域的应用与发展。如何获得一种综合性能优异、成本低廉、工艺简单、原料来源广泛、柔性无毒、简单便携的柔性传感器，成为目前可穿戴传感器件研究的重点与难点。

技术实现思路

[0004]针对以上现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种生理监控多功能传感器的制备方法，该方法采用生物材料获得多功能传感器，原料可降解、且柔性无毒，同时原材料来源广泛、成本低、性能优异；该方法获得的多功能传感器对监测湿度、应变的响应灵敏度高，能够大大缩短响应/回复时间，透气性好，进而有效用于智能可穿戴领域。
[0005]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0006]一种生理监控多功能传感器的制备方法，其特征在于：包括：依次进行荷梗丝的获取、聚苯胺溶液制备、真空抽滤与浓氨水处理、干燥提取、离心均质、浸泡晾干与合线编织；
[0007]其中，所述聚苯胺溶液的制备具体为：首先将苯胺、浓盐酸与去离子水置于冰浴中进行混合搅拌、搅拌至冰水混合物温度，获得溶液A；然后将过硫酸铵与去离子水置于冰浴中进行混合搅拌、搅拌至冰水混合物温度，获得溶液B；最后在溶液A的搅拌过程中、将溶液B滴加到溶液A中，冰浴条件下进行反应，即得聚苯胺溶液。
[0008]作进一步优化，所述荷梗丝的获取具体为：首先，将采摘获得的荷花梗用清水冲洗干净；然后，采用刀具(如美工刀)在荷花梗上绕梗轴线轻划一周；最后，掰开荷花梗外皮、抽出荷梗丝纤维。
[0009]作进一步优化，所述聚苯胺溶液制备过程中，苯胺首先用旋转蒸发仪在90～100℃
下进行蒸馏纯化。
[0010]作进一步优化，所述聚苯胺溶液制备过程中，苯胺、浓盐酸、去离子水的体积比为11～12:12～13:120～130，获得溶液A的搅拌转速为280～320r/min，冰水混合物温度为0～5℃；过硫酸铵与去离子水的质量比为14～14.5:120～130，获得溶液B的搅拌转速为280～320r/min，冰水混合物温度为0～5℃；溶液B滴加到溶液A中的速率为240～260ml/h，冰浴温度为0℃、时间为8h。
[0011]作进一步优化，所述真空抽滤与浓氨水处理具体为：首先，将聚苯胺溶液进行真空抽滤，之后将入纯水搅拌均匀，重复上述过程多次，完成聚苯胺溶液的初步提取；然后，将经真空抽滤得到的固体粉末放入浓氨水中，并以280～320r/min的速度进行搅拌处理，搅拌11～13h后，用去离子水进行真空抽滤提取、直至pH值为中性。
[0012]作进一步优化，所述干燥提取具体为：将真空抽滤与浓氨水处理后所得的粉末在氮气保护条件下，依次用甲苯与乙醇的水溶液进行处理，获得混合溶液；然后，将混合溶液在38～42℃的条件下进行真空干燥，之后研磨成粉。
[0013]优选的，所述甲苯与乙醇水溶液处理的时间分别为34～38h；甲苯与乙醇的水溶液的体积比为6～8:16～18；乙醇水溶液中，乙醇与水的体积比为9:1。
[0014]作进一步优化，所述离心均质具体为：将干燥提取后获得的粉末加入NMP(N
‑
甲基吡咯烷酮)溶剂中，并在磁力搅拌器上进行磁力搅拌，获得混合溶液C；之后，将混合溶液C进行离心，并收集离心后的上清液，即得聚苯胺分散液。
[0015]优选的，所述NMP与干燥提取后获得的粉末的质量比为4～4.6：0.08～0.12。
[0016]优选的，所述磁力搅拌时间为46～50h。
[0017]本领域技术人员知晓，采用过硫酸铵作为氧化剂制备聚苯胺时，聚苯胺呈无规则颗粒状且聚苯胺颗粒易团聚在一起、其排列极其不规范，同时，制备得到的聚苯胺颗粒基本无孔洞。本申请采用过硫酸铵制得聚苯胺溶液后，利用真空抽滤与浓氨水处理对聚苯胺溶液进行脱掺杂、使得聚苯胺溶液的pH值呈中性，避免聚苯胺中含有氢离子(即呈酸性)而影响后续溶解(即利用NMP作为溶剂时的溶解过程)；之后，依次通过甲苯与乙醇水溶液的处理，实现对聚苯胺溶液中低聚合度的聚苯胺的脱出、保证溶液中仅含有高聚合度聚苯胺、即确保聚苯胺溶液的纯度；再利用NMP对真空干燥后的高纯度、中性的聚苯胺进行溶解，依次经过磁力搅拌离心与去上清液，从而获得高纯度、高聚合度的聚苯胺，有效避免聚苯胺的团聚与排列不规范的问题。
[0018]作进一步优化，所述浸泡晾干具体为：首先抓住荷梗丝纤维的一端，使其另一端在聚苯胺分散液中来回摆动，使得聚苯胺分散液首先包覆在荷梗丝纤维一端；然后，放开捏住的荷梗丝纤维一端，使其完全浸没于聚苯胺分散液中，先以第一转速对聚苯胺分散液进行正向搅拌、再以第二转速对聚苯胺分散液进行反向搅拌；最后，取出浸泡后的荷梗丝纤维，并进行垂直悬挂、自然晾干，即获得复合荷梗丝丝线。
[0019]优选的，所述摆动的时间为1～2min；第一转速为30～50r/min、正向搅拌的时间为30～60s；第二转速为60～80r/min、反向搅拌的时间为30～60s。
[0020]高纯度、高聚合度的聚苯胺分散液与富含羟基的荷梗丝纤维接触后，形成以荷梗丝纤维作为内核、聚苯胺作为壳层的结构，聚苯胺与荷梗丝纤维之间接触形成氢键，有效提升聚苯胺与荷梗丝之间的粘接性能、即结合性能；同时，利用聚苯胺的包覆，有效避免荷梗
丝纤维之间出现打结、成团问题。此外，通过荷梗丝纤维的分段浸泡与正、反向搅拌，首先对荷梗丝纤维一端包覆、避免该端出现打结、成团问题，然后利用包覆的一端配合正、反向搅拌，实现对另一端的牵引，进而有效避免浸泡过程中荷梗丝纤维之间相互打结、成团。最后，利用垂直悬挂与自然晾干的方式，通过氢键的牵引，确保荷梗丝纤维表面附着的聚苯胺的厚度与均匀性，进而保证荷梗丝织物的柔软度与力学强度(即韧性)。
[0021]作进一步优化，所述合线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生理监控多功能传感器的制备方法，其特征在于：包括：依次进行荷梗丝的获取、聚苯胺溶液制备、真空抽滤与浓氨水处理、干燥提取、离心均质、浸泡晾干与合线编织；其中，所述聚苯胺溶液的制备具体为：首先将苯胺、浓盐酸与去离子水置于冰浴中进行混合搅拌、搅拌至冰水混合物温度，获得溶液A；然后将过硫酸铵与去离子水置于冰浴中进行混合搅拌、搅拌至冰水混合物温度，获得溶液B；最后在溶液A的搅拌过程中、将溶液B滴加到溶液A中，冰浴条件下进行反应，即得聚苯胺溶液。2.根据权利要求1所述的一种生理监控多功能传感器的制备方法，其特征在于：所述荷梗丝的获取具体为：首先，将采摘获得的荷花梗用清水冲洗干净；然后，采用刀具在荷花梗上绕梗轴线轻划一周；最后，掰开荷花梗外皮、抽出荷梗丝纤维。3.根据权利要求1或2所述的一种生理监控多功能传感器的制备方法，其特征在于：所述聚苯胺溶液制备过程中，苯胺首先用旋转蒸发仪在90～100℃下进行蒸馏纯化。4.根据权利要求1～3任一项所述的一种生理监控多功能传感器的制备方法，其特征在于：所述聚苯胺溶液制备过程中，苯胺、浓盐酸、去离子水的体积比为11～12:12～13:120～130，获得溶液A的搅拌转速为280～320r/min，冰水混合物温度为0～5℃；过硫酸铵与去离子水的质量比为14～14.5:120～130，获得溶液B的搅拌转速为280～320r/min，冰水混合物温度为0～5℃；溶液B滴加到溶液A中的速率为240～260ml/h，冰浴温度为0℃、时间为8h。5.根据权利要求1～3任一项所述的一种生理监控多功能传感器的制备方法，其特征在于：所述真空抽滤与浓氨水处理具体为：首先，将聚苯胺溶液进行真空抽滤，之后将入纯水搅拌均匀，重复上述过程多次，完成聚苯胺溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：郎天春，李红星，徐丽，胡玉平，管高萱昱，马旭，邓娅琴，刘碧桃，
申请(专利权)人：重庆文理学院，
类型：发明
国别省市：