[发明专利]一种可透气和水洗的复合柔性导电纸及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种可透气和水洗的复合柔性导电纸及其制备方法和应用。本发明在造纸过程中添加氧化石墨烯，与纤维素纤维直接混合，然后通过低温还原制得石墨烯材料‑纤维素复合柔性导电纸。该导电纸具有良好的透气性和柔韧性，可承受多次水洗和在水中长期浸泡，并可通过水洗恢复初始性能和结构。该导电纸作为可穿戴式传感器的基底材料，具有纤维素纸易于贴敷皮肤表面的优势，可实现对人体健康的长期监测以及用于人体运动实时监测和康复监测，在可穿戴监测设备中具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种柔性导电纸，特别涉及一种可透气和水洗的石墨烯材料-纤维素复合柔性导电纸、制备方法及在可穿戴式人体健康监测、运动实时监测和康复监测中的应用。

背景技术

可穿戴电子设备由于具有广泛的生理和生化信号监测能力，在人体运动和个人健康监测方面具有广阔的应用前景。对于这些应用，良好的透气性是确保使用者舒适度的一个关键因素，因为在长期监测中可能会引起穿戴部位皮肤诸如瘙痒或发红等不良反应。此外，可穿戴电子设备在实际应用中应具有较强的适应性，能够抵抗出汗、下雨等情况，具有较好的耐水洗性能。因此，具有这些性能的可穿戴电子基底材料近年来得到了越来越多的关注。

纸基材料是生物可降解和生物可相容的生态环保材料。纸基材料具有三维分级多孔结构，透气性良好，可确保与人体组织的长期良好接触。此外，将导电材料(如石墨烯，碳纳米管等)掺入纸基中的纤维素微纤维的三维分级网络后，纸被官能化并转化为导电纸。由于石墨烯材料，如石墨烯、氧化石墨烯(GO)、还原的石墨烯氧化物(RGO)，特有的物理、化学和电学特性，使得基于石墨烯材料的导电纸引起了强烈的关注。石墨烯可通过在纸表面涂覆或在造纸期间与纤维素微纤维混合制成石墨烯-纤维素复合纸。尽管两种方法都具有较短的制备时间和低的成本效益，但是由于在造纸期间添加石墨烯显著增强了石墨烯的固定，因此，可以赋予导电纸更好的电学和机械性能。然而，石墨烯中几乎没有氢键，需要额外的粘合剂来连接石墨烯和纸基中的纤维素微纤维，而粘合剂的使用势必会影响复合纸的透气性和导电性，而且疏水的石墨烯在亲水性纤维素微纤维网络中难以均匀分布，影响了导电纸的性能。

目前尚未见到直接将氧化石墨烯与纤维素纤维混合制备可透气和水洗的柔性导电纸，从而满足可穿戴电子设备应用需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可透气和水洗的复合柔性导电纸及其制备方法和应用。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种复合柔性导电纸，该导电纸是对纤维中均匀分散有氧化石墨烯的纤维素纸(即氧化石墨烯-纤维素复合纸)进行热还原而制成的。

优选的，所述纤维素纸采用的造纸原料为添加有氧化石墨烯的纤维素纤维水分散液，造纸原料中氧化石墨烯的质量分数≤3％。

优选的，所述氧化石墨烯的剥离层间距为0.9～1nm，C:O的原子数比为5:3～6。

优选的，所述热还原的条件包括于隔绝氧气环境及200～400℃下保温1.5～2.5h(故又称为低温还原)。

优选的，所述导电纸的重量为28～32g/m²，厚度为0.05～1mm，电阻值为5～350kΩ/cm。

上述复合柔性导电纸的制备方法，包括以下步骤：

1)在纤维素纸造纸过程中添加氧化石墨烯，使氧化石墨烯均匀分散在纤维素纸的纤维中，得到氧化石墨烯-纤维素复合纸；

2)将步骤1)得到的氧化石墨烯-纤维素复合纸进行热还原，得到复合柔性导电纸(即石墨烯材料-纤维素复合柔性导电纸)。

优选的，所述步骤1)具体包括以下步骤：