[发明专利]一种纳米纤维素/碳纳米管柔性触觉传感器的制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米纤维素/碳纳米管柔性触觉传感器的制备方法，本发明的传感器由TEMPO氧化纤维素分散于水中制得纳米纤维素分散液，再与碳纳米管混合均匀，再利用离子交联和丝绸摹印方法制备得到。纤维素作为一种具有结晶结构的多糖，是地球上含量最丰富的天然高分子，可再生、可生物降解、生物相容性好且来源广泛。该电子皮肤以可再生资源纤维素和与碳纳米管为原料，其制备工艺简单、耗时短、花费低，避免了使用传统光刻技术、化学腐蚀等方法带来的价格昂贵和过程复杂耗时的不足，同时具有灵敏的传感性能，大大拓宽了纤维素的应用范围，为纤维素在传感领域的应用研究提供了一种新途径。

技术领域

本发明属于生物材料领域，涉及一种纳米纤维素/碳纳米管柔性触觉传感器的制备方法。

背景技术

人体生理信号监测被认为是一种有效的疾病诊断和健康评估方法。传统以医院为中心的医疗保健传感设备，包括基于红外的光电设备和刚性多极压力传感器，已经被用于人体生理信号检测，但由于其便携性和耐磨性较差，应用还比较有限。研究已经证明微结构能有效提高柔性触觉传感器的性能，例如微柱结构、微金字塔、微球等已经被用于制备柔性触觉传感器。这里，我们以可再生资源纤维素和与碳纳米管为原料，所制备出的复合膜通过用丝绸摹印来制作大面积微结构均匀的水凝胶膜。

纤维素作为一种具有结晶结构的多糖，是地球上含量最丰富的天然高分子，可再生、可生物降解、生物相容性好且来源广泛，是一种优异的生物材料。当前触觉传感器通常有四种感知机制，包括压阻式、电容式、压电式、摩擦电式。其中压阻式触觉传感器因其设备结构简单，能耗低，检测范围广等特点而受到广泛研究微结构能有效提高柔性触觉传感器的性能。然而这些微结构通常通过传统的光刻技术、化学刻蚀方法，制备过程复杂、耗时、价格昂贵。因此制备低成本、耗时短、工艺简单、高性能的柔性触觉传感器成为当前的一大挑战。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种制备简单、花费低、绿色环保，传感性能优异的柔性触觉传感器的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种纳米纤维素/碳纳米管柔性触觉传感器的制备方法，包含如下步骤：

1)配制TOCN分散液

天然纤维素通过TEMPO介导的氧化的方式形成氧化后的纤维素浆，将氧化后的纤维素浆过滤，再用去离子水洗涤滤渣3次以上，干燥得到氧化纤维素TOC；将TOC加入到蒸馏水中机械搅拌得到TOCN分散液；

天然纤维素通过TEMPO介导的氧化的方式,可以在每个纤维素微纤维表面上选择性地形成C6羧酸基团，带负电纤维素微纤维之间因静电斥力作用，经机械处理后，TEMPO氧化的纤维素纤维可完全单分散在水中。

2)制备TOCN/碳纳米管分散液

将碳纳米管加入到步骤1)得到的TOCN分散液中，混合均匀，得到TOCN/碳纳米管混合液；

3)制备TOCN/碳纳米管复合柔性触觉传感器水凝胶膜

将步骤2)所得TOCN/碳纳米管混合液进行交联反应，交联方式为盐酸交联或离子交联，交联6～72h，待完全交联后，干燥即得纤维素纳米纤维/碳纳米管水凝胶膜，然后通过模板在复合膜表面摹印微结构，赋予水凝胶膜优异的传感性能，在两片具有微观结构的水凝胶膜两端接上电极、导线。

作为上述技术方案的优选，本发明提供的纳米纤维素/碳纳米管柔性触觉传感器的制备方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：

作为上述技术方案的改进，所述步骤1)中天然纤维素为棉花、木材、秸秆纤维中的一种或多种。选取这些功能化碳纳米管的目的是提高其在纳米纤维素中的分散性。

作为上述技术方案的改进，所述步骤1)中TOCN分散液的质量分数为0.1％～2.0％；分散方式为高压均质或超声处理。