[发明专利]一种基于再生丝素蛋白的无源透明压力传感器的制备方法

说明书

一种基于再生丝素蛋白的无源透明压力传感器的制备方法，涉及柔性传感器。1)制备再生丝素蛋白溶液；2)制备具有纳米结构形状的模版，将含有再生丝素蛋白的混合溶液涂覆至模版表面，干燥固化成膜分离得再生丝素蛋白膜；3)使用静电纺丝技术得纳米纤维网络；4)将金属或金属化合物溅射至纳米纤维网络表面制备纳米纤维导电网络；5)裁剪步骤2)制备的再生丝素蛋白膜，将纳米纤维导电网络转移至裁剪后的再生丝素蛋白膜上，形成具有纳米纤维导电网络的生物再生丝素蛋白膜摩擦电极层；6)将再生丝素蛋白膜摩擦电极层与其他不同于本薄膜的材料，在外力的作用下相互接触分离，形成再生丝素蛋白无源透明压力传感器。方法简单、成本低，透光导电好。

技术领域

本发明涉及柔性传感器，尤其是涉及一种基于再生丝素蛋白的无源透明压力传感器的制备方法。

背景技术

物联网技术的发展极大地促进了电子设备和传感器在我们生活中的蓬勃发展。不可避免的是，大多数的电池需要经常充电或定期更换。摩擦纳米发电机基于摩擦起电与静电感应原理，能够通过机械运动有效地获取能量，对解决全球能源问题具有广泛的影响，为医学、卫生保健和可穿戴电子设备和植入式设备供电提供可行的选择，并可用于传感器作为力的探测、物体形状识别、按键传感等功能。摩擦纳米发电机特点是电压大、电流小，大部分材料都是在合成聚合物的基础上制备而成的，其研究重点主要集中在通过增大摩擦起电的接触面积来提高发电量，或者通过物理或化学的方法来改善接触面材料的性能。这些方法可有效地改善摩擦起电，但根本上不具有生物相容性的特点，限制了它们在生物医学和植入应用中的应用。

自驱动柔性传感器在可穿戴甚至可植入的电子器件中发挥着越来越重要的作用。然而目前绝大多数的摩擦纳米发电机还基于柔性人工合成的高分子聚合物材料，在柔性电子器件不断发展的将来，高分子聚合物将会带来一系列的问题：1)人工高分子聚合物材料难以降解，容易造成大量的电子垃圾；2)高分子聚合物材料生物相容性以及透气性均较差，长时间进行贴合人体皮肤容易造成皮肤的过敏和损伤。基于此，相对于人工合成材料，天然的生物材料将很好的解决上述问题。蛋白质材料由于良好的生物相容、降解性能，成为柔性传感器的理想材料。然而蛋白质薄膜存在受环境湿度影响大、机械柔性差、拉伸率低与导电性差的特点，也是目前有待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种基于再生丝素蛋白的无源透明压力传感器的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1)制备再生丝素蛋白溶液；

2)制备具有纳米结构形状的模版，将含有再生丝素蛋白的混合溶液涂覆至模版表面，干燥固化成膜分离获得具有纳米结构形状的再生丝素蛋白膜；

3)使用静电纺丝技术获得纳米纤维网络；

4)磁控溅射技术将金属或金属化合物溅射至纳米纤维网络表面制备纳米纤维导电网络；

5)裁剪步骤2)制备的再生丝素蛋白膜，将步骤4)制备的纳米纤维导电网络转移至裁剪后的再生丝素蛋白膜上，形成具有纳米纤维导电网络的生物再生丝素蛋白膜摩擦电极层；

6)将步骤5)所得具有纳米纤维导电网络的再生丝素蛋白膜摩擦电极层与其他不同于本薄膜的材料，在外力的作用下进行相互接触分离，形成再生丝素蛋白无源透明压力传感器。

在步骤2)中，所述含有再生丝素蛋白的混合溶液由再生丝素蛋白溶液、高聚物与有机液体混合水溶液组成；再生丝素蛋白溶液、高聚物与有机液体的配比可为：(1～9)mL︰(1～9)mL︰(0.1～0.5μL)；所述干燥固化成膜的干燥环境包括空气环境，干燥固化成膜的环境温度可为20～50℃，环境湿度可为20％～50％，干燥固化成膜的时间可为1～3天；所述高聚物包括水性聚氨酯或聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮，所述有机液体包括丙三醇或异丙醇；再生丝素蛋白膜的厚度可为40～60μm，透光率为80％～95％，拉伸强度为1～7Mpa，拉伸倍率为10％～550％。