[发明专利]一种基于多重可逆键合作用自粘附电子皮肤及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种基于多重可逆键合作用自粘附电子皮肤及其制备方法与应用。所述方法为：将甲酰基苯硼酸、多羟基苯甲醛、端氨基预聚物溶解在有机溶剂，在室温至90℃下反应30min～72h后，加入金属盐进行配位，所得聚合物溶液浇注在导电层上，去除溶剂，得到聚合物弹性体；在导电层两端连接柔性电极，得到自粘附电子皮肤。本发明所得电子皮肤具有高导电性，并且对人体各种形变具有高响应性，在柔性可穿戴设备、柔性贴片电极、智能机器人以及健康监测等领域都具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于可穿戴应变传感器领域，具体涉及一种基于多重可逆键合作用自粘附电子皮肤及其制备方法与应用。

背景技术

电子皮肤是指可直接贴附于皮肤表面，通过收集人体各项健康指标变化来实时记录人体健康状况的一类柔性电子传感材料。与传统的“医院式”健康检查相比，电子皮肤可满足用户随时随地监测记录生理健康信息而避免了医院的繁琐就医流程，具有便捷、高效和舒适等众多优点，在未来健康监测、远程护理、人机交互以及便携式可穿戴设备等领域具有重要的研究价值与应用前景。近年来，高灵敏度电子皮肤的研制一直是科研人员关注的重心。然而，由于作为检测对象的人体皮肤表面结构复杂、某些部位变形(如心跳、脉搏)微弱，高灵敏电子皮肤在实际穿戴应用时往往存在着输出信号弱、高噪音等问题，因而对电子与皮肤的界面作用有更高的要求。捕捉脉搏信号的前提是力与变形对电子皮肤的传递，这要求电子皮肤材料与皮肤之间应具有高贴合性(表面粗糙度比≤50％)、自粘附性(皮肤粘附性≥1kPa)以及后期的解粘附性。但是目前大多数电子皮肤不能满足该要求，仍需要借助胶水来实现电子皮肤的贴附与固定。此外，考虑到人体活动环境的复杂性，除了常规环境的使用之外，还需要兼顾人体出汗时和在水下时的粘附与解粘附，现有报道的可粘附电子皮肤往往只能满足单一场景的使用，并不能同时满足以上多场景下的粘附与解粘附，这些都大大限制了电子皮肤的进一步应用。因此设计具有多场景(干燥环境、高湿度环境、水下环境)兼具自粘附与可逆解粘附能力的电子皮肤具有重要意义。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种基于多重可逆键合作用自粘附电子皮肤的制备方法。

本发明法另一目的在于提供上述方法制得的一种基于多重可逆键合作用自粘附电子皮肤。

本发明所述一种基于多重可逆键合作用自粘附弹性体电子皮肤，具体包含硼氧六环的可逆开环与成环作用、酚羟基与金属离子的可逆配位作用、苯硼酸与邻苯二酚的可逆反应三种可逆键合作用，其中硼氧六环结构可以在少量水存在下发生可逆的开环，从而引起弹性体的模量降低、流动性增加，而金属配位作用保证了该状态下电子皮肤的完整性，因此可以在该状态下对弹性体进行皮肤表面的二次塑形，经过塑形的弹性体可以实现对皮肤的充分浸润，即实现电子皮肤对人体皮肤的高贴合性。通过进一步对水分的去除，硼氧键重新键合形成六环结构，从而使得弹性体模量上升，实现在皮肤表面的粘附锁定。当再次在粘接界面施加水时，由于酚羟基与配位作用的存在，粘附性以及电子皮肤稳定性得以保持，保证了水下与出汗状态的使用；而碱性条件下又可发生酚羟基与苯硼酸的键合实现电子皮肤的解粘附。由此通过多重可逆键合作用的巧妙应用，从而可以很好地解决现有电子皮肤存在的问题。

本发明的再一目的在于提供上述一种基于多重可逆键合作用自粘附电子皮肤的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种基于多重可逆键合作用自粘附电子皮肤的制备方法，包括以下步骤：

(1)以有机溶剂为反应介质，将甲酰基苯硼酸、多羟基苯甲醛和端氨基预聚物混合均匀，在室温至90℃下反应30min～72h后，加入金属盐进行配位，得到聚合物混合溶液；

(2)在模板基底上沉积导电层，将步骤(1)的聚合物混合溶液浇注在导电层上，去除溶剂，此时硼氧键相互反应生成共价硼氧六环，得到聚合物弹性体；