浸渍蛋壳膜的柔性棉织物基压电传感器制备方法及其应用

本申请涉及柔性织物传感器，特别涉及一种浸渍蛋壳膜的柔性棉织物基压电传感器制备方法及其应用。

背景技术：

1、随着人工智能和人机交互界面的快速发展，可穿戴和柔性电子设备对于满足现代电子产品日益复杂的需求具有重要意义。柔性纺织品因其重量轻、比表面积大、变形恢复性好、柔韧性好、穿着舒适性好等优点，成为制造可穿戴电子产品的理想材料。随着全球资源危机和气候变化的日益严重，发展可持续的清洁能源已被认为是当今世界的一个重要目标。压电纳米发电机具有体积小、易于操作、完全独立运行的优点，被认为是将可持续清洁的机械能转化为绿色电力的最有前途的可再生能源之一。然而，大多数压电纳米发电机都是用非生态压电材料制造的，材料合成过程漫长，器件制造过程复杂而昂贵。因此，目前人们对寻找自然驱动的生物有机压电材料以解决压电纳米发电机的生态友好方面的兴趣高涨。

2、纤维素作为一种广泛存在的、新型的压电聚合物，具有良好的生物相容性和生物可降解性。以天然棉纤维为基础，具有形状可剪裁、轻便、柔性可变形、人性化可穿戴等特点的电子纺织品在传感器、能量收集装置、人机界面等广泛的研究领域受到了广泛关注。然而，天然纤维素表现出有限的压电性，其压电系数d33约为0.4pc/n，小于经典的压电材料。这限制了其在高性能压电纳米发电机中的应用，特别是在需要更高电源的电子仪器中。因此，提高纤维素基纳米发电机的压电性能，以制造基于生物材料的可靠的、可再生的和生物相容的压电纳米发电机是非常必要的。

3、目前的研究多通过加入高压电效应纳米填料调整偶极子排列来改善纤维素的压电性。然而，这些纳米填料与纤维素间的相互作用较弱，仅仅通过混合的方式不利于纳米颗粒在纤维素中的均匀分散，从而降低压电性能，限制了可穿戴电子产品的应用范围。蛋壳膜作为环境中的废弃物之一，包含富含羟基等官能团的多种蛋白质，具有良好的吸附性、保湿性和生物相容性。同时，蛋壳膜中含有的胶原蛋白具有剪切和纵向压电敏感性，成为用于能量收集的天然生物驻极体材料。通过蛋壳膜与纤维素分子间羟基的交联作用，可有效提高纤维素基棉织物的压电性能。因此有必要研究基于蛋壳膜的柔性棉织物基压电传感器制备方法及其应用。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种浸渍蛋壳膜的柔性棉织物基压电传感器制备方法及其应用，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本申请采用的技术方案为：

3、第一方面，本申请提供了一种浸渍蛋壳膜的柔性棉织物基压电传感器制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将蛋壳膜粉末溶于水溶液中进行搅拌，直至充分溶解，得到蛋壳膜水溶液；

5、s2、将棉织物加入所述蛋壳膜水溶液中进行充分浸渍，浸渍充分后将棉织物从水溶液处理液中取出，得到浸渍后棉织物；

6、s3、将所述浸渍后棉织物置于真空干燥箱中进行干燥，直至所述浸渍后棉织物完全干燥，得到压电传感棉织物；

7、s4、利用双面导电的铜箔胶带对所述压电传感棉织物进行封装，得到浸渍蛋壳膜的柔性棉织物基压电传感器。

8、在一种可能的实现方式中，所述步骤s1中：

9、所述蛋壳膜水溶液的浓度为10％至15％。

10、在一种可能的实现方式中，所述步骤s2中：

11、所述棉织物在所述蛋壳膜水溶液中浸渍的时长为6至8h。

12、在一种可能的实现方式中，所述步骤s2中：

13、所述棉织物在所述蛋壳膜水溶液中的浸渍温度为25至30℃。

14、在一种可能的实现方式中，所述步骤s3中：

15、所述浸渍后棉织物在所述真空干燥箱中干燥的时长为1至2h。

16、在一种可能的实现方式中，所述步骤s3中：

17、所述浸渍后棉织物在所述真空干燥箱中干燥的温度为50至60℃。

18、第二方面，本申请提供了一种柔性棉织物基压电传感器，所述柔性棉织物基压电传感器由如上任一所述的浸渍蛋壳膜的柔性棉织物基压电传感器制备方法制备而成。

19、在一种可能的实现方式中，所述柔性棉织物基压电传感器的厚度为2至3mm。

20、第三方面，本申请提供了一种根据上述柔性棉织物基压电传感器在人机交互、人体运动检测和智能可穿戴领域的应用。

21、本申请提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

22、通过将蛋壳膜粉末溶于水溶液中进行搅拌，直至充分溶解，得到蛋壳膜水溶液；将棉织物加入蛋壳膜水溶液中进行充分浸渍，浸渍充分后将棉织物从水溶液处理液中取出，得到浸渍后棉织物；将浸渍后棉织物置于真空干燥箱中进行干燥，直至浸渍后棉织物完全干燥，得到压电传感棉织物；利用双面导电的铜箔胶带对压电传感棉织物进行封装，得到浸渍蛋壳膜的柔性棉织物基压电传感器。在此情况下，首先，本申请使用的棉织物具有周期性的线圈网络结构，这为制造重复性好、高柔韧性的传感器提供了优势；其次，本申请使用的蛋壳膜属于环境中的废弃物，体现资源循环利用、绿色环保的理念，同时利用蛋壳膜中丰富的羟基与纤维素间的相互作用和固有的压电敏感性，提高了纤维素基棉织物的压电性能；接着，本申请提供的制备方法操作简单，生产效率高，环境友好，可大规模生产；最后，申请制备的柔性棉织物基压电传感器具有良好的生物相容性和可降解性，在小振动的激励下产生显著的压电响应，可成为替代绿色能源的来源，可广泛应用于人机交互、人体运动检测和智能可穿戴领域。

技术特征：

1.一种浸渍蛋壳膜的柔性棉织物基压电传感器制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的浸渍蛋壳膜的柔性棉织物基压电传感器制备方法，其特征在于，所述步骤s1中：

3.根据权利要求1所述的浸渍蛋壳膜的柔性棉织物基压电传感器制备方法，其特征在于，所述步骤s2中：

4.根据权利要求1所述的浸渍蛋壳膜的柔性棉织物基压电传感器制备方法，其特征在于，所述步骤s2中：

5.根据权利要求1所述的浸渍蛋壳膜的柔性棉织物基压电传感器制备方法，其特征在于，所述步骤s3中：

6.根据权利要求1所述的浸渍蛋壳膜的柔性棉织物基压电传感器制备方法，其特征在于，所述步骤s3中：

7.一种柔性棉织物基压电传感器，其特征在于，所述柔性棉织物基压电传感器由权利要求1至6任一所述的浸渍蛋壳膜的柔性棉织物基压电传感器制备方法制备而成。

8.根据权利要求7所述的柔性棉织物基压电传感器，其特征在于，所述柔性棉织物基压电传感器的厚度为2至3mm。

9.一种根据权利要求7所述的柔性棉织物基压电传感器在人机交互、人体运动检测和智能可穿戴领域的应用。

技术总结
本申请关于一种浸渍蛋壳膜的柔性棉织物基压电传感器制备方法及其应用，涉及柔性织物传感器领域。包括：将蛋壳膜粉末溶于水溶液中进行搅拌，直至充分溶解，得到蛋壳膜水溶液；将棉织物加入蛋壳膜水溶液中进行充分浸渍，浸渍充分后将棉织物从水溶液处理液中取出，得到浸渍后棉织物；将浸渍后棉织物置于真空干燥箱中进行干燥，直至浸渍后棉织物完全干燥，得到压电传感棉织物；利用双面导电的铜箔胶带对压电传感棉织物进行封装，得到浸渍蛋壳膜的柔性棉织物基压电传感器。利用蛋壳膜中丰富的羟基与纤维素间的相互作用和固有的压电敏感性，提高了纤维素基棉织物的压电性能，制备的柔性棉织物基压电传感器具有良好的生物相容性和可降解性。

技术研发人员：贺海军,梁鑫花,罗天,丛洪莲,马丕波,蒋高明
受保护的技术使用者：江南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15