本發(fā)明屬于傳感器領(lǐng)域，特別涉及一種抗菌纖維基傳感器及其制備和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著現(xiàn)代技術(shù)的進步，體積小、皮膚接觸舒適、安全性和生物相容性高的傳感器逐漸引起了人們的興趣，其中最受歡迎的是摩擦傳感器。摩擦傳感器是利用摩擦起電效應(yīng)和靜電感應(yīng)效應(yīng)的耦合將微小的機械能轉(zhuǎn)換為電能的一種設(shè)備。與傳統(tǒng)傳感器相比，摩擦傳感器具有許多優(yōu)點，包括結(jié)構(gòu)簡單、操作簡單、靈活性強、形狀多樣、成本低、可靠性高等。纖維基摩擦傳感器因其自身多孔結(jié)構(gòu)和高比表面積等獨特優(yōu)勢在可穿戴器件上引起了廣泛的關(guān)注和發(fā)展，與此同時纖維基底本身可利用具有抗菌性質(zhì)的材料從而賦予傳感器抗菌特性，但是摩擦傳感器的低摩擦輸出性能限制了其靈敏度因而影響其進一步發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種抗菌纖維基傳感器及其制備和應(yīng)用，特別涉及一種具有抗菌性能的高靈敏度摩擦傳感器及其制備和應(yīng)用，本發(fā)明的摩擦傳感器，不僅具有高靈敏度，而且具有抗菌性能等特點，可以很好的滿足在抗菌、健康監(jiān)測和便攜式電子設(shè)備等方面的應(yīng)用，具有良好的綜合性能。

2、本發(fā)明提供一種抗菌傳感器，所述傳感器包括摩擦正極、摩擦負極；其中摩擦負極包括hof/聚合物復合纖維材料；所述摩擦正極包括導電材料，將其作為可穿戴傳感器具有良好的抗菌性能。

3、優(yōu)選地，所述hof/聚合物復合纖維材料為hof/聚合物復合纖維膜、hof/聚合物復合纖維織物中的至少一種；所述導電材料為導電布、導電膠帶等其中一種；其中導電物質(zhì)為銀、金、銅、鎳、鋁、碳納米管、炭黑、等其中一種。

4、優(yōu)選地，所述傳感器還包括封裝層；所述封裝層為聚合物纖維材料。其中聚合物包括聚偏二氟乙烯pvdf、聚偏二氟乙烯pvdf衍生物、聚乳酸pla、聚己內(nèi)酯pcl、tpu、pan、plga、peo中的一種或幾種。

5、優(yōu)選地，所述摩擦正極上設(shè)有拱形結(jié)構(gòu)摩擦負極。

6、優(yōu)選地，所述hof/聚合物復合纖維材料中聚合物包括聚偏二氟乙烯pvdf、聚偏二氟乙烯pvdf衍生物、聚乳酸pla、聚己內(nèi)酯pcl、tpu、pan、plga、peo中的一種或幾種；所述氫鍵有機框架hof包括hof-1、hof-2、hof-100、hof-101、hof-102、hof-101-h、hof-101-f、hof-101-ch3、hof-101-nh2的一種或幾種。

7、本發(fā)明提供一種抗菌傳感器的制備方法，包括：

8、(1)將聚合物、有機溶劑混合，得到紡絲溶液，紡絲，得到聚合物纖維材料；

9、(2)將聚合物、hof、有機溶劑混合，得到紡絲溶液，紡絲，得到hof/聚合物復合纖維材料；

10、(3)以hof/聚合物復合纖維材料或hof/聚合物復合纖維編織物為摩擦負極和抗菌層，導電材料用做摩擦正極，聚合物纖維材料為封裝層，進一步組裝得到抗菌傳感器。

11、優(yōu)選地，所述步驟(1)、(2)中聚合物包括聚偏二氟乙烯pvdf、pvdf衍生物、聚乳酸pla、聚己內(nèi)酯pcl、tpu、pan、plga、peo中的一種或幾種；所述紡絲溶液中聚合物質(zhì)量濃度為10～20％；

12、優(yōu)選地，所述有機溶劑包括六氟異丙醇、二氯甲烷、n,n-二甲基甲酰胺、丙酮、水、乙醇中的一種或幾種。

13、優(yōu)選地，所述步驟(2)中hof為hof-1、hof-2、hof-100、hof-101、hof-102、hof-101-h、hof-101-f、hof-101-ch3、hof-101-nh2的一種或幾種；所述紡絲溶液中hof的質(zhì)量濃度為0.1％～10％。

14、進一步優(yōu)選地，所述紡絲溶液中hof的質(zhì)量濃度為2％～2.5％。

15、所述步驟(2)中hof/聚合物復合纖維材料中的hof在光照作用下具有抗菌性能。

16、優(yōu)選地，所述步驟(1)中紡絲為靜電紡絲、濕法紡絲、干法紡絲、熔融紡絲中的一種或幾種。

17、優(yōu)選地，步驟(3)中摩擦負極采取拱形結(jié)構(gòu)與導電布通過熱壓或超聲波結(jié)合，使器件的摩擦正極和摩擦負極在工作時保持垂直接觸分離的狀態(tài)，導電布背面采取纖維熱壓或超聲波封裝。

18、所述步驟(3)中摩擦負極、摩擦正極和封裝層的大小可根據(jù)實際應(yīng)用情況進行形狀、厚度、尺寸設(shè)計。

19、本發(fā)明提供一種所述傳感器在抗菌、健康檢測或便攜式電子設(shè)備中的應(yīng)用。

20、本發(fā)明采用紡絲和共混法制備hof-聚合物復合纖維用作單電極傳感器件摩擦負極，當兩個摩擦層相互接觸時，由于hof-聚合物復合纖維和導電布的摩擦極性不同，它們的表面會出現(xiàn)等量的正負摩擦電荷，通過外部負載用金屬線將導電布接地后，電子將來回移動以平衡hof-聚合物復合纖維與導電布的接觸分離過程造成的電位差。

21、該發(fā)明中的hof不僅可以提升摩擦傳感器的摩擦輸出性能，同時提高有效介電常數(shù)，進而提高靈敏度。此外，由于hof自身含有一種高效光敏劑-芘，其在自然光的光照條件下可產(chǎn)生單線態(tài)氧(1o2)，從而對細菌產(chǎn)生氧化損傷，有效殺死細菌，該性質(zhì)賦予摩擦傳感器抗菌性能。另外，復合纖維的構(gòu)筑不僅僅局限于hofs，還可使用mofs及cofs，但與mofs和cofs相比，hofs生物安全性和相容性更高，在智能穿戴器件應(yīng)用上具有更廣泛的應(yīng)用前景。

22、有益效果

23、本發(fā)明可以構(gòu)建傳感器摩擦負極，其可氟化的性質(zhì)可有效提高介電常數(shù)，進而增強靈敏度。而且還具有親膚和抗菌等特點，能為摩擦傳感器的抗菌、健康監(jiān)測和便攜式電子設(shè)備等應(yīng)用提供更高的適用性。

技術(shù)特征：

1.一種抗菌傳感器，其特征在于，所述傳感器包括摩擦正極、摩擦負極；其中摩擦負極包括hof/聚合物復合纖維材料；所述摩擦正極包括導電材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述抗菌傳感器，其特征在于，所述hof/聚合物復合纖維材料為hof/聚合物復合纖維膜、hof/聚合物復合纖維織物中的至少一種；所述導電材料為導電布、導電膠帶中的一種；所述傳感器還包括封裝層，所述封裝層為聚合物纖維材料；所述的抗菌成分為hof。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述抗菌傳感器，其特征在于，所述摩擦正極上設(shè)有拱形結(jié)構(gòu)摩擦負極。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述抗菌傳感器，其特征在于，所述hof/聚合物復合纖維材料中聚合物包括聚偏二氟乙烯pvdf、聚偏二氟乙烯pvdf衍生物、聚乳酸pla、聚己內(nèi)酯pcl、tpu、pan、plga、peo中的一種或幾種；所述hof包括hof-1、hof-2、hof-100、hof-101、hof-102、hof-101-h、hof-101-f、hof-101-ch3、hof-101-nh2的一種或幾種。

5.一種抗菌傳感器的制備方法，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述制備方法，其特征在于，所述步驟(1)、(2)中聚合物包括聚偏二氟乙烯pvdf、pvdf衍生物、聚乳酸pla、聚己內(nèi)酯pcl、tpu、pan、plga、peo中的一種或幾種；所述紡絲溶液中聚合物質(zhì)量濃度為10～20％；

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中hof為hof-1、hof-2、hof-100、hof-101、hof-102、hof-101-h、hof-101-f、hof-101-ch3、hof-101-nh2的一種或幾種；所述紡絲溶液中hof的質(zhì)量濃度為0.5％～5％。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中紡絲為靜電紡絲、濕法紡絲、干法紡絲、熔融紡絲中的一種或幾種。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述制備方法，其特征在于，步驟(3)中摩擦負極采取拱形結(jié)構(gòu)與導電布通過熱壓或超聲波結(jié)合，背面采取纖維熱壓或超聲波封裝。

10.一種權(quán)利要求1所述傳感器在抗菌、健康檢測或便攜式電子設(shè)備中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種抗菌纖維基傳感器及其制備和應(yīng)用，所述傳感器包括摩擦正極、摩擦負極；其中摩擦負極包括HOF/聚合物復合纖維材料；所述摩擦正極包括導電材料。本發(fā)明的HOF/聚合物復合纖維不僅具有光照抗菌性能，而且能夠提高傳感器的靈敏度。另外，復合纖維共混構(gòu)筑的無機部分不僅僅局限于HOFs。

技術(shù)研發(fā)人員：曹冉,張涵,楊升元,朱美芳
受保護的技術(shù)使用者：東華大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/8/20