[发明专利]一种透明导电柔性细菌纤维素复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于复合材料领域，公开了一种透明导电柔性细菌纤维素复合材料及其制备方法。将细菌纤维素水凝胶经裁剪后置于NaOH溶液中，密封条件下加热搅拌反应，反应结束后除去反应液，水洗后置于丙烯酸中浸泡；然后将处理后的细菌纤维素水凝胶浸没于可光聚合的低共熔溶剂中，避光密封加热保温处理，然后在紫外光照下聚合固化，得到所述透明导电柔性细菌纤维素复合材料。本发明方法工艺简单，反应条件温和，制备过程绿色，对设备要求不高，有利于工业化生产，成本低。制备的细菌纤维素复合材料柔韧性好，机械性能强，透明度高，具有导电性，在柔性显示器件、有机发光二极管、储能器件、太阳能电池、可穿戴传感器等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种透明导电柔性细菌纤维素复合材料及其制备方法。

背景技术

高透光率的柔性电子器件具有广泛的应用前景，如柔性电路，柔性显示器，柔性太阳能电池，压力传感器，电子皮肤和可穿戴电子传感器等。传统的方法，多利用金属/半导电纳米材料(如碳纳米管、银纳米线、氧化石墨烯等)涂附高透光率的弹性体，但这种方法可能导致软硬材料界面失效，从而导致透明度下降。离子凝胶弹性体因其具有内在的可拉伸性，以及导电性和高的透明度，引起了越来越多的关注.传统的离子凝胶通常由高成本的或需要复杂的后处理的组分组成，这限制了它们聚合后作为功能性材料的应用。低晶共溶溶剂作为一类新的离子液体出现在本世纪初，并且它着很多的优点，如成本低(组成成分可以是生物质或来自化石储备的衍生物)，制造过程绿色(通过非常经济的路线和简单混合过程)，可生物降解，好的生物相容性，无毒性等。然而，低晶共溶溶剂中组分一般通过弱的氢键连接，使得其机械性能较差，尤其是，在空气中吸水后，机械性能进一步降低。

细菌纤维素与植物纤维素一样，是一种分子式为β-1,4-糖苷键的多糖，但与造纸所用的植物纤维素相比，具有几个明显的优点。从成分的角度来看，细菌纤维素是纯纤维素而不是其他植物成分，如半纤维素，木质素和果胶。因此，细菌纤维素不需要进行额外的处理来去除这些不需要的杂质。在微观结构方面，细菌纤维素具有精细且复杂的三维多孔网络结构，其由具有高长宽比且直径为20～100nm的纤维素纳米纤维组成，从而提供高比表面积和孔隙率，从而可获得活性物质的大质量负载。细菌纤维素也展示出高强的机械性能，其杨氏模量和拉伸强度可以达到20.8GPa和357.3MPa，这可使得柔性电极具备良好的机械性能。并且由于表面上的许多羟基，细菌纤维素也具有超高亲水性，十分有利于水性电解质离子的传输，而这些官能团可以在氢键和静电力的作用下，使活性物质与细菌纤维素更紧密的结合。另外，细菌纤维素还表现出一些其他独特的物理性质，包括高结晶度(70～80％)，高聚合度(高达8000)和高可塑性。同时，作为一种纤维素，细菌纤维素也具有良好的生物相容性，无毒性。这些特点均说明细菌纤维素是极具潜力的柔性电极基底材料。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种透明导电柔性细菌纤维素复合材料的制备方法。该制备方法过程简单、反应条件相对温和、材料制备成本低，易于工业化。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的透明导电柔性细菌纤维素复合材料。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种透明导电柔性细菌纤维素复合材料的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)将细菌纤维素水凝胶经裁剪后置于NaOH溶液中，密封条件下加热搅拌反应，反应结束后除去反应液，水洗后置于丙烯酸中浸泡；

(2)将步骤(1)处理后的细菌纤维素水凝胶浸没于可光聚合的低共熔溶剂中，避光密封加热保温处理；

(3)将步骤(2)处理后的细菌纤维素水凝胶在紫外光照下聚合固化，得到所述透明导电柔性细菌纤维素复合材料。

优选的，步骤(1)中所述细菌纤维素水凝胶的厚度为0.01～10mm。