[发明专利]一种高灵敏壳聚糖基传感材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于传感材料的技术领域，公开了一种高灵敏壳聚糖基传感材料及其制备方法和应用。方法：将氯化铁或六水合氯化铁溶解于纤维素纳米微晶悬浮液中，然后加入壳聚糖溶解，得到FeCl₃/壳聚糖/纤维素纳米微晶悬浮液；液氮冷冻，进而冷冻干燥，所得气凝胶在惰性气氛中碳化得到传感材料。本发明结合壳聚糖和纤维素纳米微晶的优势，利用纤维素纳米微晶的支撑和碳连接作用，通过冷冻、冷冻干燥和碳化制备了高压缩、高回弹、循环使用性能优异、高灵敏、宽传感检测范围等特性的传感材料。该传感材料能够实现对微小压力和应变的灵敏探测，可应用于各种压力传感电子器件。

技术领域

本发明属于传感材料的技术领域，具体涉及一种具有高灵敏、宽传感检测范围的壳聚糖基传感材料及其制备方法和应用。

背景技术

传感材料可为弹性碳材料。弹性碳材料在可穿戴传感器件的重要作用取决于其压缩性能、灵敏度及抗疲劳性。传统可压缩碳材料多由纳米碳材料如碳纳米管，石墨烯及其衍生物，及纳米碳复合材料等构建。

碳纳米管由于其高纵横比，柔韧性，机械坚固性，及良好导电性，是构建弹性气凝胶的良好原材料，主要制备方法是化学气相沉积法。如Han Wang等人(Wang H,Lu W,Di J,et al.Ultra‐Lightweight and Highly Adaptive All‐Carbon Elastic Conductorswith Stable Electrical Resistance[J].Advanced Functional Materials,2017,27(13):1606220.)使用CVD方法制造了超轻可压缩的碳纳米管泡沫。石墨烯及其衍生物作为二维纳米碳材料的代表性材料，具有高电导率和一定柔性，其平面结构使其在超薄电极、柔性材料和轻质基体材料的设计具有独特的优势，在制备弹性碳材料方面同样备受关注。目前，以石墨烯、氧化石墨烯等备弹性碳材料的方法主要可分为气相沉积法，溶剂热法和冷冻铸造法。如Hui Bi等人(Bi H,Chen I,Lin T,et al.A New Tubular Graphene Form of aTetrahedrally Connected Cellular Structure[J].Advanced Materials,2015,27(39):5943-5949.)使用CVD法以二氧化硅气凝胶为模板制备了超高孔隙率的三维管状石墨烯气凝胶。Yingpeng Wu等人(Wu Y,Yi N,Huang L,et al.Three-dimensionally bondedspongy graphene material with super compressive elasticity and near-zeroPoisson’s ratio[J].Nature Communications,2015,6:6141.)将石墨烯片材通过溶剂热和碳化过程自组装合成了石墨烯基弹性海绵。H Sun等人(Sun H,Xu Z,GaoC.Multifunctional,ultra-flyweight,synergistically assembled carbon aerogels.[J].Advanced Materials,2013,25(18):2554-2560.)通过冷冻铸造碳纳米管和氧化石墨烯(GGO)水溶液制备了高弹性气凝胶，可作为疏水稀油材料。但是，这些纳米碳材料多源于不可再生的石化资源，面临环境污染，不可持续等问题，且制备方法复杂，成本高昂。这些弹性碳材料在作为传感材料时，仍有待改善。