皮-木基电子传感地板的制备方法

1.本发明属于传感材料制备技术领域，具体涉及皮-木基电子传感地板的制备方法。


背景技术：

2.电阻式压力传感地板的制备往往是将导电材料涂覆基材上，这种涂覆方法需要额外的固化剂和有机溶剂，步骤复杂，环境友好性差。同时导电材料分布不均，不利于传感器内部导电通路的构建，影响了智能电子地板的灵敏度、响应范围和稳定性。因此，如何通过传感层材料的选用和结构的设计来大规模制备低成本、高灵敏度和耐久性的电子地板仍然是一个巨大的挑战。
3.明胶广泛存在于动物皮、筋、骨骼中的胶原蛋白质，是胶原蛋白部分水解后的产物，其分子链中含有大量的活性官能团，具有水溶性和可逆凝胶化的优点，使其成为构筑水凝胶粘合剂的优良生物材料。电子地板中的导电活性层需要紧密附着在基材表面才能充分发挥作用。此外，电子地板的导电活性层需要对抗在复杂应力环境下的损坏，因此自修复性能至关重要。以明胶为基体所制备的水凝胶粘合剂通过共价键、疏水缔合、离子键、静电、螯合等作用与被黏附基体表面相互作用，这为明胶基水凝胶粘合剂用于电阻式压力传感器的导电活性层提供了必要保障。同时明胶基水凝胶粘合剂内部的动态共价键和动态非共价键共同赋予了其优异的自修复性能。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供皮-木基电子传感地板的制备方法，该电子传感地板具有良好的稳定性、压力传感性和自修复性。
5.本发明所采用的技术方案是皮-木基电子传感地板的制备方法，具体按照以下步骤实施：
6.步骤1，将明胶和去离子水混合，加热使明胶完全溶解，得到明胶溶液，加入kh570，并用盐酸将溶液ph调节至2-4，得到改性明胶；
7.步骤2，向fecl3水溶液中加入壳聚糖，在55℃-65℃下充分溶解，得到壳聚糖-铁配合物；
8.步骤3，将改性明胶溶于水中，再与壳聚糖-铁配合物混合，加入mxene进行超声分散；随后加入聚乙二醇二丙烯酸酯和过硫酸铵，混合均匀，得到传感粘合层前驱体溶液；
9.步骤4，将硅胶垫的内部挖空，置于皮革与木板之间，将两条铜线对称置于硅胶垫两侧，将传感粘合层前驱体溶液注入硅胶垫内部，用夹子夹紧皮革和木板，加热聚合，待反应结束后取出硅胶垫，得到皮-木基电子传感地板。
10.本发明的特点还在于，
11.步骤1中，明胶溶液的质量浓度为5-20％。
12.步骤2中，fecl3水溶液的浓度0.05-0.5mol/l。
13.步骤3中，传感粘合层前驱体溶液，按质量百分比包括以下物质：5-25％改性明胶，
2-15％壳聚糖-铁配合物，0.1-1.5％mxene，5-20％聚乙二醇二丙烯酸酯，0.01-0.1％过硫酸铵，余量为水，以上组分总和为100％。
14.步骤4中，皮革为pvc革、pu革、牛皮革、羊皮革中的任意一种；皮革的厚度为0.6mm-2mm，木板的厚度1.5mm-15mm；
15.电子地板厚度为4.1mm-27mm。
16.步骤4中，聚合反应温度为55℃-70℃，反应时间为2h-7h。
17.本发明的有益效果是：
18.(1)本发明制备的电子传感地板中的传感粘合层可以在复杂的应力环境下以及大的应力或压力下的损坏后实现自修复，延长了使用寿命。
19.(2)本发明制备的电子传感地板具有优异的稳定性、耐用性、应变及压力传感性，能够精确地追踪地板上方人体的姿态、运动和碰撞动作；另外，本发明方法制备工艺简单，操作流程简便，条件温和，有利于批量化生产。
附图说明
20.图1为本发明实施例1的传感粘合层对皮革和木材的粘合强度图；
21.图2为本发明实施例1的传感粘合层的自愈合图；
22.图3为本发明实施例1的电子传感地板的制备过程图；
23.图4为本发明实施例1的电子传感地板的实物照片图；
24.图5为本发明实施例1的电子传感地板的应用实物照片图；
25.图6为人站在实施例1的电子传感地板上步行的实时电阻变化图；
26.图7为人站在实施例1的电子传感地板上跑步的实时电阻变化图；
27.图8为人站在实施例1的电子传感地板上跳跃的实时电阻变化图。
具体实施方式
28.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
29.本发明皮-木基电子传感地板的制备方法，具体按照以下步骤实施：
30.步骤1，将明胶和去离子水混合，加热使明胶溶解，待明胶完全溶解后，得到明胶溶液，加入kh570，并用盐酸将溶液ph调节至2-4，使kh570水解并与明胶发生缩合反应，得到改性明胶；
31.明胶溶液的质量浓度为5-20％；
32.步骤2，向fecl3水溶液中加入壳聚糖，在55-65℃下充分溶解，得到壳聚糖-铁配合物；
33.fecl3水溶液的浓度0.05-0.5mol/l；
34.步骤3，将改性明胶溶于水中，再与壳聚糖-铁配合物混合，加入mxene进行超声分散；随后加入聚乙二醇二丙烯酸酯和引发剂过硫酸铵，混合均匀，得到传感粘合层前驱体溶液；
35.传感粘合层前驱体溶液，按质量百分比包括以下物质：5-25％改性明胶，2-15％壳聚糖-铁配合物，0.1-1.5％mxene，5-20％聚乙二醇二丙烯酸酯为，0.01-0.1％过硫酸铵，余量为水，以上组分总和为100％。
36.步骤4，将硅胶垫的内部挖空，置于皮革与木板之间，将两条铜线对称置于硅胶垫两侧，将传感粘合层前驱体溶液注入硅胶垫内部，使用夹子夹紧皮革和木板，防止泄漏，最后加热聚合，待反应结束后取出硅胶垫，得到皮-木基电子传感地板；
37.皮革为pvc革、pu革、牛皮革、羊皮革中的任意一种；
38.皮革的厚度为0.6mm-2mm，木板的厚度1.5mm-15mm；
39.电子地板厚度为4.1mm-27mm。
40.聚合反应温度为55-70℃，反应时间为2-7h。
41.实施例1
42.称取5g明胶和95g去离子水加入三口烧瓶中，加热使明胶溶解；待明胶完全溶解后，加入1ml kh570；用盐酸调节ph至2，使kh570水解并与明胶发生缩合反应，得到改性明胶；
43.配制0.04mol/l的fecl3水溶液，加入0.3g壳聚糖，60℃下充分溶解得到壳聚糖-铁配合物溶液；
44.称量5g改性明胶溶于去离子水，与壳聚糖-铁配合物溶液混合，加入50mg mxene超声分散；随后加入2g聚乙二醇二丙烯酸酯和8mg过硫酸铵，混合均匀后得到传感粘合层前驱体溶液；
45.将矩形硅胶垫中部挖空，置于皮革与木板之间，构成模具；将长度超出模具的两条铜线对称置于硅胶垫中空区域的两侧；将传感粘合层前驱体溶液注入硅胶垫挖空区域，使用夹子夹紧模具防止泄漏。最后55℃反应5h，反应结束后取出硅胶垫，得到电子传感地板。
46.将电子地板中的两条铜线与电化学工作站相连，用于实时运动监测。图1是实施例1中传感粘合层对皮革和木材的粘合强度图，传感粘合层需要紧密附着在基材表面才能使智能电子地板的信号传导更加精确；图2实施例1中传感粘合层的自修复特性图，自修复性能使得传感粘合层能够面对复杂的应力环境，大大延长了电子地板的使用寿命；图3是实施例1中为电子传感地板的制备过程，图4为电子传感地板的实物照片，通过简单的粘合组装得到了具有三明治结构的电子传感地板；图5是实施例1中为电子传感地板的应用实物照片；图6-8为人站在地板上步行、跑步和跳跃时的实时电阻变化图。将电子地板的两条铜线与电化学工作站相连，人站在电子地板上的步行、跳跃和跑步可以输出不同的电信号，表现出预期的可重复且规则的电信号，这证实了该电子地板可准确跟踪人们的日常活动。
47.实施例2
48.称取10g明胶和90g去离子水加入三口烧瓶中，加热使明胶溶解；待明胶完全溶解后，加入2ml kh570；用盐酸调节ph至2.5，使kh570水解并与明胶发生缩合反应，得到改性明胶；
49.配制0.03mol/l的fecl3水溶液，加入0.4g壳聚糖，60℃下充分溶解得到壳聚糖-铁配合物溶液；
50.称量4g改性明胶溶于去离子水，与壳聚糖-铁配合物溶液混合，加入25mg mxene超声分散；随后加入2.5g聚乙二醇二丙烯酸酯和8mg过硫酸铵，混合均匀后得到传感粘合层前驱体溶液；
51.将矩形硅胶垫中部挖空，置于皮革与木板之间，构成模具；将长度超出模具的两条铜线对称置于硅胶垫中空区域的两侧；将传感粘合层前驱体溶液注入硅胶垫挖空区域，使
用夹子夹紧模具防止泄漏。60℃反应4h，反应结束后取出橡胶垫，得到电子传感地板。
52.实施例3
53.称取15g明胶和85g去离子水加入三口烧瓶中，加热使明胶溶解；待明胶完全溶解后，加入3ml kh570；用盐酸调节ph至2，使kh570水解并与明胶发生缩合反应，得到改性明胶；
54.步骤(2)配制0.02mol/l的fecl3水溶液，加入0.35g壳聚糖，60℃下充分溶解得到壳聚糖-铁配合物溶液；
55.称量3g改性明胶溶于去离子水，与壳聚糖-铁配合物溶液混合，加入100mg mxene超声分散；随后加入3g聚乙二醇二丙烯酸酯和10mg过硫酸铵，混合均匀后得到传感粘合层前驱体溶液；
56.将传感粘合层前驱体溶液注入到由皮革、橡胶垫和木板组成的模具中，再将两个铜箔分别部分浸入传感粘合层前驱液两侧，65℃反应3h，反应结束后取出橡胶垫，得到智能电子传感地板。
57.实施例4
58.称取10g明胶和90g去离子水加入三口烧瓶中，加热使明胶溶解；待明胶完全溶解后，加入1ml kh570；用盐酸调节ph至3，使kh570水解并与明胶发生缩合反应，得到改性明胶；
59.配制0.05mol/l的fecl3水溶液，加入0.2g壳聚糖，60℃下充分溶解得到壳聚糖-铁配合物溶液；
60.称2.5g改性明胶溶于去离子水，与壳聚糖-铁配合物溶液混合，加入10mg mxene超声分散；随后加入2g聚乙二醇二丙烯酸酯和7mg过硫酸铵，混合均匀后得到传感粘合层前驱体溶液；
61.将矩形硅胶垫中部挖空，置于皮革与木板之间，构成模具；将长度超出模具的两条铜线对称置于硅胶垫中空区域的两侧；将传感粘合层前驱体溶液注入硅胶垫挖空区域，使用夹子夹紧模具防止泄漏。70℃反应2h，反应结束后取出橡胶垫，得到智能电子传感地板。
62.实施例5
63.称取5g明胶和95g去离子水加入三口烧瓶中，加热使明胶溶解；待明胶完全溶解后，加入1.5ml kh570；用盐酸调节ph至4，使kh570水解并与明胶发生缩合反应，得到改性明胶；
64.配制0.01mol/l的fecl3水溶液，加入0.15g壳聚糖，60℃下充分溶解得到壳聚糖-铁配合物溶液；
65.称量2.5g改性明胶溶于去离子水，与壳聚糖-铁配合物溶液混合，加入100mg mxene超声分散；随后加入3g聚乙二醇二丙烯酸酯和5mg过硫酸铵，混合均匀后得到传感粘合层前驱体溶液；
66.将矩形硅胶垫中部挖空，置于皮革与木板之间，构成模具；将长度超出模具的两条铜线对称置于硅胶垫中空区域的两侧；将传感粘合层前驱体溶液注入硅胶垫挖空区域，使用夹子夹紧模具防止泄漏。65℃反应2h，反应结束后取出橡胶垫，得到电子传感地板。