[发明专利]氧化锌纳米棒矩阵修饰蚕丝的制备方法及其产品

说明书

技术领域

本发明属于材料领域，具体属于氧化锌纳米棒矩阵修饰蚕丝的制备方法和由该方法制得的产品，还涉及利用该产品制得的传感器。

背景技术

蚕丝是一种纯天然的蛋白质纤维，其丝质轻柔、光滑、富有弹性，素有“纤维皇后”之美誉。蚕丝具有“冬暖夏凉”的特征，其构造和人类的皮肤极为接近，具有滑爽、透气、轻柔、吸湿、不刺痒及抗静电等特点，对人体有保健作用，是世界推崇的绿色产品，从而使其成为制作贴身衣物的上乘织物。穿戴这些蚕丝制作的衣物时，如果能实现人体的生理数据的实时监测，将会对可穿戴技术的发展起到重要的意义。

可穿戴技术是20世纪60年代美国麻省理工学院媒体实验室提出的创新技术，利用该技术可以把多媒体、传感器和无线通信等技术嵌入人们的衣着中，能够随时随地对身体进行保健治疗，对于预防、缓解疾病有很大意义。随着可穿戴技术的进步，耐克推出了第二代Nike+FuelBand智能腕带，该腕表可以支持心率、脉搏监控及蓝牙4.0等，并且可以跟踪更多的人体生理指标；2003年，厦门精图公司与北京服装学院合作打造的“在哪”智能鞋在京发布，该鞋可以在电子地图上或卫星影像上实时、精确的定位跟踪，还可以查询历史轨迹，这款鞋的发布为国产可穿戴设备研发创新领域的一次重大突破。

ZnO纳米材料是纳米材料家族中最丰富多彩的一种，它具有纤锌矿结构，其正负电荷中心非对称，因而具有压电效应。在已知的一维纳米材料中，ZnO有三个主要的优点：第一，它既是半导体又有压电效应，这是做电动机械耦合传感器和变频器的基础；第二，生物安全性和生物相容性相对较高，能够应用在医学方面；第三，在目前已知的纳米结构中，ZnO的种类最多，如纳米线、纳米带、纳米条、纳米环、纳米弓形结构、纳米螺旋结构等。2006年王中林教授在世界上首次研制成功纳米发电机，利用竖直结构的氧化锌纳米线的独特性质，成功地在纳米尺度下将机械能转化成电能。随后王中林教授又将ZnO纳米棒矩阵成功制备在合成纤维上，并实现了利用纳米压电发电机把生物体的机械运动转变为电信号，从而为该结构用于人体生理信息的传感提供了可能。

可穿戴设备要求主要为佩戴舒适，甚至无感，外观应适合使用场合和环境，而蚕丝本身即为高档织物天然纤维，其柔软，光滑，弹性好的特点正好满足可穿戴设备舒适性的要求。然而，由于蚕丝天然蛋白质纤维的特性，难以耐受ZnO纳米棒矩阵合成过程中较高的温度，所以目前未见氧化锌纳米棒矩阵修饰蚕丝的报道。因此，急需一种氧化锌纳米棒矩阵修饰蚕丝的制备方法，为将氧化锌纳米棒矩阵修饰蚕丝用于生理信息传感奠定基础。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供氧化锌纳米棒矩阵修饰蚕丝的制备方法，制备方法简单，原料价格廉价，不会造成蚕丝蛋白质成分的降解；本发明的目的之二在于提供由上述方法制得的氧化锌纳米棒矩阵修饰蚕丝，该蚕丝表面的氧化锌纳米棒有序致密的包裹在蚕丝表面；本发明的目的之三在于提供含有氧化锌纳米棒矩阵修饰蚕丝的传感器。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

1、氧化锌纳米棒矩阵修饰蚕丝的制备方法，包括如下步骤：

（1）将蚕丝进行脱胶，得脱胶蚕丝；

（2）将步骤（1）所得脱胶蚕丝在KMnO₄溶液中浸泡，然后用水冲洗；

（3）将经步骤（2）处理后的蚕丝放置于含有Zn(NO₃)₂·6H₂O和氨水的溶液中，在50～100℃条件下水浴加热，然后在18～25℃下干燥，得氧化锌纳米棒矩阵修饰蚕丝。

本发明中脱胶蚕丝可以由现有的蚕丝脱胶方法进行脱胶，优选的，将蚕丝在浓度为0.05g/L的NaCO₃溶液中煮沸0.5～1小时，用水洗涤2次，重复用0.05g/L的NaCO₃溶液煮沸和用水洗涤步骤2次，然后在18～25℃下干燥，得脱胶蚕丝；

优选的，所述步骤（2）是将脱胶蚕丝在浓度为1～5mM的KMnO₄溶液中浸泡20min，然后用水冲洗2-3次。

优选的，所述步骤（3）中，所述含有Zn(NO₃)₂·6H₂O和氨水的溶液是将浓度为10～25mM的Zn(NO₃)₂·6H₂O和质量百分比为28%的氨水按体积比为50:3混合。

更优选的，所述水浴加热是在50-100℃下水浴加热1小时。