[发明专利]一种可大规模生产的柔性生物质基压力传感器的制备工艺

说明书

一种可大规模生产的柔性生物质基压力传感器的制备工艺，属于可穿戴传感领域。本发明要解决现有柔性器件生产过程中存在昂贵的生产成本、无法大规模生产、产生电子垃圾的缺点。本发明方法：一、将生物质加工成一定的形状后在惰性气氛下高温碳化；二、剪切成设计形状；三、然后置于PDMS/正己烷溶液中浸泡，取出后固化，得到柔性生物质基压力传感器。本发明方法成本低，可大规模生产，避免电子垃圾的产生和环境的污染，且得到的产品具有高灵敏度，高稳定性，本发明方法获得的压力传感器能够实现监测人体脉搏跳动，关节运动及喉部发音等。

技术领域

本发明属于可穿戴传感领域，涉及一种生物界面传感材料的大规模、简单的制备方法，特别是涉及一种利用生物质结构特点制备可穿戴生物相容传感材料的制备方法，该方法简单且易实现大规模生产。

背景技术

近一个世纪以来，随着经济的迅猛发展，人们生活水平日益提高，人类的身体健康状况逐渐受到重视。生物电子医疗设备和可穿戴电子器件，因其轻便，灵巧，柔性、实时监控等特点逐渐收到了人们的青睐。这类电子器件，不仅可以监控人体的基本生理参数，也可以在单兵作战中监测士兵的身体状态。因此，制备具有高灵敏度，高柔性，低成本，制备工艺简单的柔性电子传感器件对人类的发展具有十分重要的意义。

一般情况下，柔性电子器件是由柔性基底和导电材料以物理或者化学的方式组合而成的。常用的柔性基底有聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺(PI)、聚对二甲苯(PA)等高分子材料。其中聚酰亚胺虽然常被用作人体植物材料的柔性基底，但是由于其抗拉伸强度、介电损耗、杨氏模量等方面有很大的局限性，导致其具有较差的柔性，限制了其在柔性材料领域的发展。聚对二甲苯由于很难被人体降解，也制约了其在柔性材料领域的应用。相比较而言，聚二甲基硅氧烷(PDMS)同时具备较好的生物相容性，柔性、透气性等特点，有利于与人体组织贴敷，并且利于细胞的生长和新陈代谢，易于被人体降解代谢，使其得到了各国科研者的广泛关注和研究。

柔性电子器件给人们的生活带来福音的同时，也会产生一些弊端。其中最重要的两点分别是：一、制备工艺复杂。通常情况下，为了得到灵敏度高，薄，柔性好的传感材料，导电物质会经过复杂的技术工艺进行规则排列。这就导致了昂贵的生产成本、无法大规模生产等问题。尤其是为了较好的生物相容性使用金等价格昂贵的金属导电材料。二、电子垃圾的产生。20世纪90年代中期，人们意识到电子废物，尤其是随着工业发展快速增长的工业固体废弃物，将会随着食物链和水源进入到人体中，对人类的健康和生活环境造成了不可挽回的破坏。因此，为了改变当前柔性电子器件发展过程中带来的不利影响，很多科研工作者都致力于，寻找环境友好的原材料，使用简单的工艺，降低生产成本，减小对环境带来的恶劣影响。

发明内容

本发明针对现有柔性器件生产过程中存在生产成本昂贵、无法大规模生产、及产生电子垃圾的缺点，提供一种环境友好、流程简单、成本低廉、重复性好、可实现大规模生产的制备工艺，制备高灵敏度，高稳定性的柔性压力传感材料。

本发明利用农业废弃物，天然植物等生物质为原材料推进了其向高附加值生物质材料的转化，为柔性器件的制备工艺拓宽了新思路。

为解决上述技术问题，本发明中一种可大规模生产的柔性生物质基压力传感器的制备工艺是按下述步骤进行的：

步骤一、将生物质加工成一定的形状，置于管式炉中，在惰性气氛下高温碳化；

步骤二、然后剪切成设计形状；

步骤三、然后置于PDMS/正己烷溶液中浸泡，取出后置于60℃～100℃的烘箱中直至固化，得到柔性生物质基压力传感器；

其中，PDMS/正己烷溶液是由PDMS、正己烷和引发剂配置而成的，PDMS/正己烷溶液中PDMS的质量浓度大于0％且小于100％。