[发明专利]一种交联CQAs薄膜的制备方法及其在压电传感器中的应用

说明书

本发明涉及有机复合材料的制备及压电器件制备及应用的技术领域，具体是一种交联CQAs薄膜的制备方法及其在压电传感器中的应用。本发明是以CQAs、环氧氯丙烷为原料，经化学配制、水浴加热合成、透析、真空干燥；制成交联CQAs薄膜，此制备方法工艺操作简便，易于调控，数据精确翔实，产物纯度好，达99.8%，抗菌性能优异，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌的杀菌率都大于99%，可作为抗菌剂、絮凝剂、离子吸附剂、药物缓释载体应用在医疗卫生、水处理、制药领域；另外，采用旋涂工艺制备PVDF‑TrFE传感器，并直接将交联CQAs薄膜贴覆在PVDF‑TrFE传感器表面制得多层结构抗菌压电传感器。

技术领域

本发明涉及有机复合材料的制备及压电器件制备及应用的技术领域，具体是一种交联CQAs薄膜的制备方法及其在压电传感器中的应用。

背景技术

压电传感器以其高信噪比、高灵敏度、宽频带等优点引起了科学家的浓厚兴趣；作为压电传感器的一种重要有源层，压电材料在外力作用下可在表面产生电荷，实现机械载荷向电信号的转换；目前，常见的压电材料主要包括压电陶瓷、压电单晶体和压电聚合物；其中，聚偏氟乙烯-三氟乙烯（PVDF-TrFE）作为一种柔性、质轻、生物相容的压电材料，由它为有源层制备的压电传感器可应用在可穿戴设备中；近年来，PVDF-TrFE基的压电传感器在可穿戴设备领域的应用得到普及；然而，这些可穿戴设备在使用过程中避免不了与人体直接接触，这就容易造成细菌在设备上的滋生，进而给人们的健康和设备安全造成巨大的威胁；目前，业界有大量关于可穿戴设备抗菌功能的研究，多数是将抗菌材料涂覆在压电传感器上进而达到抑制细菌滋生的目的；但是，生物不相容的过渡金属和无机抗菌材料对人体健康有不利的影响，不应长期与人体接触；因此，研制环境友好、生物相容的抗菌涂层势在必行。

壳聚糖季铵盐（CQAs）是一种壳聚糖衍生物，与壳聚糖相比，CQAs分子链上接枝了大量的季铵盐基团，因此具有良好的抗菌活性、水溶性、生物可降解性、低毒性和生物相容性；目前，CQAs已被广泛应用在抗菌、离子吸附和药物缓释等领域，CQAs在抗菌涂层方面具有巨大的应用潜力；然而，由于CQAs的水溶性，直接将CQAs作为抗菌涂层贴附于压电传感器上后无法在潮湿的环境中长时间使用；因此，在与压电传感器复合之前，应对CQAs进行改性以提高它的水稳定性；将戊二醛作为交联剂与CQAs反应可制得交联的CQAs，旨在提高CQAs的物理化学稳定性；线性的CQAs分子链通过戊二醛两两相连形成具有三维网络结构的水凝胶，在水中只溶胀而不会溶解；制得的交联CQAs可应用在制药、医疗卫生和水处理领域；然而，高季铵盐基团取代度的CQAs分子链上可提供戊二醛反应的氨基数量极少，这导致制得的交联CQAs的交联度较低，形成的三维网络结构较为松散，在水中的稳定性较低且溶胀度极高，不适合作为压电传感器的抗菌涂层；因此，寻找更合适的交联剂和制备工艺制得良好水稳定性的交联CQAs是业界研究的一大热点。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种交联CQAs薄膜的制备方法及其在压电传感器中的应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种交联CQAs薄膜的制备方法，包括如下步骤：

将CQAs粉末加入去离子水中，在室温下，机械搅拌获得透明均匀CQAs溶液；将氢氧化钠加入CQAs溶液中，调节pH=10；将环氧氯丙烷液体加入到CQAs溶液中，在70℃下，磁力搅拌2~5 h得到淡黄色粘稠状溶液；将氯化氢加入至淡黄色粘稠状溶液中，调节pH=7，然后将溶液倒入透析袋中，透析72h；透析过后，将淡黄色粘稠状溶液倒入敞口容器内，然后将敞口容器置于烘箱内，抽真空至0.09 MPa，升温至50℃后，恒温干燥6 h，获得交联CQAs薄膜。