一种制备具有可拉伸性传感器的柔性导电聚合物及方法技术

本发明专利技术属于新型导电高分子材料领域，具体涉及一种制备具有可拉伸性传感器的柔性导电聚合物及方法。本发明专利技术的柔性导电聚合物同时具备粘附性、导电性、拉伸性和低电阻变化特性，其仅由柔性导电高分子材料、含有两个以上羟基基团的多元醇糖醇和极性有机溶剂通过共混方式制备得到；所述柔性导电高分子材料为聚(3，4

【技术实现步骤摘要】
一种制备具有可拉伸性传感器的柔性导电聚合物及方法


[0001]本专利技术属于新型导电高分子材料领域，具体涉及一种制备具有可拉伸性传感器的柔性导电聚合物及方法。

技术介绍

[0002]柔性电子是一个十分具有潜力的研究领域，其为能量存储和生物电子提供了新的设备应用，如运动传感器、可拉伸显示器和用于生理记录或肌肉刺激的电极。在生物电子中，基于聚(3，4
‑
亚乙基二氧噻吩)：聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS)的导电聚合物电极在皮肤记录中显示出许多优点，如稳定的导电状态、固有的机械柔性、可溶液加工特性。然而，由于PEDOT:PSS是一种核壳结构，绝缘的PSS包裹着PEDOT,导致原始PEDOT:PPS薄膜的电导率仅为0.2
–
0.35S cm
‑1，这对于许多电导要求很高的应用来说是不足以满足的。此外，由于PEDOT：PSS具有刚性共轭骨架，纯PEDOT:PSS薄膜具有非常有限的机械形变，因此不适合直接用于皮肤穿戴的电子设备。目前已有许多研究对PEDOT：PSS的性能进行改善。例如，通过热退火或通过添加有机溶剂、酸溶液等来提高材料的导电率。又例如，通过引入增塑剂来提高电导率的同时也提高PEDOT:PSS的拉伸性能。
[0003]申请号为CN2022106558162，专利技术名称为“一种双网络PEDOT柔性导电聚合物及其制备方法”的专利公开了一种双网络的PEDOT柔性导电聚合物。该聚合物中在PEDOT：PSS的基础上，引入了提供主要力学承载能力的初级网络聚合物(包括聚乙烯醇、聚乙二醇、水性聚氨酯等)和进一步提升电极材料力学性能和电导特性的次级网络聚合物(包括聚乙二醇二丙烯酸酯、丙烯酸、丙烯酸
‑2‑
羟乙基酯等)。该专利材料的断裂伸长率为17
‑
80％，杨氏模量范围为12
‑
140Mpa。然而该材料不能实现自粘附性，因此当应用于可穿戴生物电极时会导致界面阻抗较高，进而难以准确捕获生物电信号。此外，该材料在与皮肤组织的力学性能匹配度方面尚存不足，该材料中引入了聚乙二醇、水性聚氨酯等材料，此种力学承载能力材料的加入虽然提升了断裂伸长率，但其杨氏模量(12
‑
140Mpa)与皮肤的杨氏模量(0.5
‑
1.95MPa)差距较大，难以建立保形接触。因此该材料用于制备可穿戴生物电极时，存在较大的问题。
[0004]综上所述，有必要开发一种低成本且同时具备合适的电导特性、力学性能、自粘附性和低电阻变化特性的聚合物电极材料用于制备可直接穿戴的生物电极，以缓解现有技术的不足。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种制备具有可拉伸性传感器的柔性导电聚合物及方法，具体技术方案如下。
[0006]一种用于制备具有可拉伸性传感器的柔性导电聚合物，所述柔性导电聚合物同时具备粘附性、导电性、拉伸性和低电阻变化特性，所述柔性导线聚合物由柔性导电高分子材料、含有两个以上羟基基团的多元醇糖醇和极性有机溶剂通过共混方式制备得到；所述柔
性导电高分子材料为聚(3，4
‑
乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT：PSS)；所述含有两个以上羟基基团的多元醇糖醇在所述柔性导电聚合物中的重量百分比为1％
‑
15％；所述极性有机溶剂在所述柔性导电聚合物中的重量百分比为4％
‑
5％。
[0007]作为一种优选，所述的具有可拉伸性传感器可以是一种具有可拉伸性的干电极。
[0008]进一步，所述含有两个以上羟基基团的多元醇糖醇包括麦芽糖醇、乳酮糖、棉子糖或其组合。
[0009]进一步，所述极性有机溶剂包括乙二醇、甲醇和/或二甲基亚砜中的一种或多种。
[0010]进一步，所述聚(3，4
‑
乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐的比例为1：2.5。
[0011]进一步，所述共混方式包括机械搅拌、漩涡搅拌和/或超声震荡中的一种或多种。
[0012]上述柔性导电聚合物在制备可直接穿戴的具有可拉伸性的传感器中的应用。
[0013]进一步，所述具有可拉伸性的传感器为一种厚度30
‑
50μm的自支撑薄膜，可直接粘附于皮肤上作为可穿戴健康监测传感器(外接一个电源后即可使用)。
[0014]优选的，所述的可穿戴健康监测传感器主要是指适合穿戴于关节处等活动部位的传感器。用本专利技术所述的柔性导电聚合物制备的可穿戴健康监测传感器用于关节等活动部位以后，随着肢体的运动不会产生太大的电阻变化(这是因为本专利技术提供的柔性导电聚合物同时具备粘附性、导电性、拉伸性和低电阻变化特性)，进而不影响后续信号采集的质量。
[0015]上述自支撑薄膜的制备方法，包括如下步骤：
[0016]步骤1：往聚(3，4
‑
乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐分散液中加入含有两个以上羟基基团的多元醇糖醇搅拌直至全部溶解，2种材料的质量比为聚(3，4
‑
乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐分散液：多元醇糖醇为10:1；
[0017]步骤2：往步骤1)得到的溶液里加入极性有机溶剂得到聚合物共混溶液，3种材料的质量比为聚(3，4
‑
乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐分散液：多元醇糖醇：极性有机溶剂为20:2:1；
[0018]步骤3：将步骤2)制得的聚合物共混溶液滴加到离型纸基底或玻璃基底上静置6
‑
12小时去除气泡，然后于40
‑
65℃烘烤3
‑
5小时得到可直接穿戴的自支撑薄膜。
[0019]在一些实施方式中，上述步骤1)和步骤2)中，3种材料的质量比为聚(3，4
‑
乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐分散液：多元醇糖醇：极性有机溶剂为100:1:5。
[0020]进一步，所述含有两个以上羟基基团的多元醇糖醇包括麦芽糖醇、乳酮糖、棉子糖或其组合；所述极性有机溶剂包括乙二醇、甲醇和/或二甲基亚砜中的一种或多种。
[0021]进一步，所述步骤1)和步骤2)中往聚(3，4
‑
乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐分散液中加入含有两个以上羟基基团的多元醇糖醇后在800
‑
1500rpm下搅拌0.5
‑
2小时，然后继续加入极性有机溶剂在800
‑
1500rpm搅拌10
‑
30分钟。
[0022]有益技术效果
[0023]1)本专利技术提供了一种用于制备具有可拉伸性传感器的柔性导电聚合物，这种导电聚合物必须同时具备粘附性、导电性、拉伸性和低电阻变化特性，因此用这种柔性导电聚合物制备的传感器特别适合用于关节等活动部位。由于这种柔性导电聚合物柔软，杨氏模量的范围与皮肤杨氏模量(0.5
‑
1.95MPa)的范围具有较高的匹配度，同时又具有较好的粘附性能使其贴附于皮肤上，因此在用作皮肤界本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制备具有可拉伸性传感器的柔性导电聚合物，其特征在于，所述柔性导电聚合物同时具备粘附性、导电性、拉伸性和低电阻变化特性，所述柔性导线聚合物由柔性导电高分子材料、含有两个以上羟基基团的多元醇糖醇和极性有机溶剂通过共混方式制备得到；所述柔性导电高分子材料为聚(3，4
‑
乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐；所述含有两个以上羟基基团的多元醇糖醇在所述柔性导电聚合物中的重量百分比为1％
‑
15％；所述极性有机溶剂在所述柔性导电聚合物中的重量百分比为4％
‑
5％。2.如权利要求1所述的柔性导电聚合物，其特征在于，所述含有两个以上羟基基团的多元醇糖醇包括麦芽糖醇、乳酮糖、棉子糖或其组合。3.如权利要求1所述的柔性导电聚合物，其特征在于，所述极性有机溶剂包括乙二醇、甲醇和/或二甲基亚砜中的一种或多种。4.如权利要求1所述的柔性导电聚合物，其特征在于，所述聚(3，4
‑
乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐的比例为1：2.5。5.如权利要求1所述的柔性导电聚合物，其特征在于，所述共混方式包括机械搅拌、漩涡搅拌和/或超声震荡中的一种或多种。6.权利要求1
‑
5任一项所述的柔性导电聚合物在制备可直接穿戴的具有可拉伸性的传感器中的应用。7.如权利要求6所述的应用，其特征在于，所述具有可拉伸性的传感器为一种厚度30
‑
50um的自支撑薄膜，可直接粘附于皮肤上作为可穿戴健康监测传感器。8.权利要求7所述的自...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宽，林晓雪，王灿，周永利，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：