[发明专利]一种柔性可降解微通道结构压力传感材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种柔性可降解微通道结构压力传感材料及其制备方法，属于柔性传感技术领域。本发明以可降解的胶原纤维作为基底材料，通过定向冷冻法，制备具有微通道结构的胶原纤维气凝胶。将胶原纤维气凝胶在Ti₃C₂分散液中浸渍后，制得具有良好力学性能和微通道结构导电网络的压力传感材料。该传感材料的微通道结构较规整，且通道尺寸可调，更有利于控制其传感性能，在人机交互、个性化医疗等领域具有极大的应用潜能。

技术领域

本发明属于柔性传感技术领域，具体属于一种柔性可降解微通道结构压力传感材料及其制备方法。

背景技术

随着可穿戴设备、便携设备和柔性电子设备的迅速兴起和发展，可伸缩传感器在个人护理、运动和健康监测以及物联网应用方面表现出巨大的潜力。传感材料的性能很大程度上取决于其内部结构。为了提高压力传感材料的灵敏度，研究者在两个导电复合薄膜中设计了均匀的微球阵列结构。由于连锁微球之间存在巨大的隧穿压阻，所获得的柔性压力传感器具有较高的灵敏度(Park,et al.ACS Nano,2014,8:4689.)。制备阵列结构传感器的一种方法是采用反应离子蚀刻技术，该技术对设备的依赖性强，工艺复杂，成本高。

三维多孔材料因其具有低密度、高孔隙率、大比表面积、高导电性、优异的可压缩性以及对外界压力或应变刺激的快速响应等有趣的物理化学特性而受到广泛关注。樊彦艳等(CN112146795A)在丁苯橡胶海绵上浸渍MXene组装成压力传感器，该传感器可对不同的运动状态及运动速度作出响应。

但是传统的三维多孔材料内部结构呈现无规律分布状态，导致其压缩稳定性，灵敏度等各项性能不佳。同时以传统聚合物构成的多孔传感材料不可降解，会产生大量电子垃圾，从而对环境造成巨大破坏。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种柔性可降解微通道结构压力传感材料及其制备方法，使用天然、可降解的胶原纤维为原料，引入导电纳米材料Ti₃C₂，采用定向冷冻和浸渍的方法，制备得到具有微通道结构的压力传感材料，该材料具有可降解、结构可调、灵敏度较高等优点，在人机交互、个人医疗保健和运动监测等领域具有应用潜能。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种柔性可降解微通道结构压力传感材料的制备方法，具体步骤如下：

S1对胶原纤维悬浮液进行定向冷冻、干燥，得到胶原纤维气凝胶；

S2将胶原纤维气凝胶在Ti₃C₂分散液中浸渍，将浸渍后的胶原纤维气凝胶取出烘干，得到微通道结构压力传感材料。

进一步的，步骤S1中，所述胶原纤维悬浮液的质量浓度为0.2％～2％。

进一步的，步骤S1中，所述胶原纤维悬浮液在-196℃～-20℃条件下进行定向冷冻。

进一步的，步骤S1中，将所述胶原纤维悬浮液置于定向冷冻容器中进行定向冷冻，定向冷冻容器的内底部带有倒锥形阵列，外底部贴有铜片，外侧壁用泡沫包裹，所述倒锥形阵列中的单个锥的底部尺寸为20～100μm，高度为40～200μm。

进一步的，步骤S1中，所述干燥为真空冷冻干燥，所述冷冻干燥温度为24h～48h。

进一步的，步骤S2中，Ti₃C₂与胶原纤维的质量比为(0.1～1):1。

进一步的，步骤S2中，Ti₃C₂分散液的质量浓度为0.5％～2％。

进一步的，步骤S2中，Ti₃C₂分散液的溶剂为乙醇、正己烷或异丙醇。