一种纤维素基手写输入板及其制备方法与应用

本发明属于纤维素基复合材料，具体涉及一种纤维素基手写输入板及其制备方法与应用。

背景技术：

1、近年来，智能可穿戴设备发展迅速，作为其主要组成部件，能够实现机械信号与电信号之间相互转换的手写输入板已经在柔性屏等可穿戴设备领域受到研究人员的广泛关注。

2、随着制备工艺和生产原料的不断发展，手写输入板等可穿戴设备在灵敏度、轻便性以及多功能性等方面均得到明显的改善，使其在电子皮肤、辅助医疗等领域表现出巨大的潜力。目前，手写输入板等可穿戴设备主要以导电聚合物、金属导体以及石墨烯等半导体为基材。但是，以金属导体、石墨烯等为基材制备的手写输入板具有硬度高、透气性差等特点，难以长期与人体皮肤紧密贴合使用。手写输入板响应性能的提升则主要依赖内部电极的精细微结构，如金字塔结构以及气凝胶等微结构，其制备难度大、成本高、难以推广。此外，上述以导电聚合物、金属导体等传统材料制成的手写输入板还存在基材难以降解等不足，会增加自然环境的负担，不利于环境保护和可持续发展。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种纤维素基手写输入板的制备方法，该制备方法简单易于操作与实践。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种纤维素基手写输入板的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)制备纤维素纤维手抄片；

5、(2)制备导电纤维素纤维手抄片：使用旋转涂布方法将碳纳米管分散体系涂覆在步骤(1)纤维素纤维手抄片其中一面，制得碳纳米管导电层；采用丝网印刷方法在导电层上构建微岛结构，制得导电纤维素纤维手抄片；

6、(3)制备纤维素基手写输入板：取两组步骤(2)的导电纤维素纤维手抄片，使两组导电纤维素纤维手抄片的微岛结构接触，连接导线并与弹性基材复合，制得纤维素基手写输入板。

7、进一步地，步骤(2)中所述碳纳米管分散体系与纤维素纤维手抄片的质量比为1：(0.1-0.5)；所述碳纳米管分散体系的溶剂为蒸馏水，表面活性剂为溴化十六烷基三甲胺；所述溴化十六烷基三甲胺、碳纳米管、蒸馏水的质量比为1：(3-6)：100；所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。

8、进一步地，步骤(2)所述单个微岛结构的直径为0.12-0.18mm；所述旋转涂布的转速为300-500rpm，时间为30-60s；所述丝网印刷方法中丝网为80-120目。

9、进一步地，步骤(1)纤维素纤维手抄片制备过程为：将多肽分散体系与纤维素纤维分散体系混合，获得纤维素纤维手抄片；所述多肽分散体系与纤维素纤维分散体系的质量比为1：(4-8)。

10、进一步地，所述多肽分散体系是将多肽溶解在稀醋酸溶液中，经机械搅拌获得均匀的多肽分散体系；所述稀醋酸溶液的浓度为0.1％；所述稀醋酸溶液与多肽的质量比为1：(0.05-0.2)；所述机械搅拌的转速为60rpm，搅拌时间为30min。

11、进一步地，所述多肽的氨基酸序列为vealyl，氨基酸之间的连接方式均为肽键，氨基酸v、e、a、l、y的结构按照顺序分别为：

12、

13、进一步地，所述纤维素纤维分散体系是将纤维素材料与蒸馏水混合，浸泡后进行疏解，将疏解后所得纤维素纤维烘干，烘干纤维素纤维分散在蒸馏水中，获得纤维素纤维分散体系；所述纤维素材料与蒸馏水的质量比为1:20；所述烘干纤维素纤维含水量低于1％；所述烘干纤维素纤维与蒸馏水的质量比为1:20；所述纤维素材料选自棉浆粕、木浆粕、麻浆粕、草浆粕中的一种。

14、进一步地，所述导线连接在每层微岛结构上；所述弹性基材为聚二甲基硅氧烷。

15、本发明的目的之二在于提供一种纤维素基手写输入板，以纤维素纤维手抄片为基材，具有可生物降解、透气性好、柔韧性高、佩戴舒适性好等优点，是制备环境友好型智能可穿戴设备及柔性屏等的有益原料。

16、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

17、一种纤维素基手写输入板，采用上述纤维素基手写输入板的制备方法制备得到。

18、本发明的目的之三在于提供一种纤维素基手写输入板的应用。

19、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

20、一种纤维素基手写输入板的应用，应用于制备可穿戴设备。

21、本发明与现有技术相比，其有益效果为：

22、(1)本发明的纤维素基手写输入板以纤维素纤维手抄片为基材，具有可生物降解、透气性好、柔韧性高、佩戴舒适性好等优点。

23、(2)本发明选用含有大量羟基结构单元的多肽作为增强剂，既能够改善纤维素纤维手抄片的弹性和柔韧性，还能够保持其优异的生物降解性能。

24、(3)本发明的纤维素基手写输入板的制备方法，利用丝网印刷等方法在导电层表面制得均匀微岛结构，制备工艺简单，成本可控，适于大规模生产；且易于现有技术结合，可实现工业化生产。

25、(4)本发明的纤维素基手写输入板响应时间小于200ms，在0-20kpa的工作压力范围内可以连续循环操作大于1200次。

技术特征：

1.一种纤维素基手写输入板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的纤维素基手写输入板的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述碳纳米管分散体系与纤维素纤维手抄片的质量比为1：(0.1-0.5)；所述碳纳米管分散体系的溶剂为蒸馏水，表面活性剂为溴化十六烷基三甲胺；所述溴化十六烷基三甲胺、碳纳米管、蒸馏水的质量比为1：(3-6)：100；所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。

3.如权利要求1所述的纤维素基手写输入板的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述单个微岛结构的直径为0.12-0.18mm；所述旋转涂布的转速为300-500rpm，时间为30-60s；所述丝网印刷方法中丝网为80-120目。

4.如权利要求1所述的纤维素基手写输入板的制备方法，其特征在于，步骤(1)纤维素纤维手抄片制备过程为：将多肽分散体系与纤维素纤维分散体系混合，获得纤维素纤维手抄片；所述多肽分散体系与纤维素纤维分散体系的质量比为1：(4-8)。

5.如权利要求4所述的纤维素基手写输入板的制备方法，其特征在于，所述多肽分散体系是将多肽溶解在稀醋酸溶液中，经机械搅拌获得均匀的多肽分散体系；所述稀醋酸溶液的浓度为0.1％；所述稀醋酸溶液与多肽的质量比为1：(0.05-0.2)；所述机械搅拌的转速为60rpm，搅拌时间为30min。

6.如权利要求4所述的纤维素基手写输入板的制备方法，其特征在于，所述多肽的氨基酸序列为vealyl。

7.如权利要求4所述的纤维素基手写输入板的制备方法，其特征在于，所述纤维素纤维分散体系是将纤维素材料与蒸馏水混合，浸泡后进行疏解，将疏解后所得纤维素纤维烘干，烘干纤维素纤维分散在蒸馏水中，获得纤维素纤维分散体系；所述纤维素材料与蒸馏水的质量比为1:20；所述烘干纤维素纤维含水量低于1％；所述烘干纤维素纤维与蒸馏水的质量比为1:20；所述纤维素材料选自棉浆粕、木浆粕、麻浆粕、草浆粕中的一种。

8.如权利要求1所述的纤维素基手写输入板的制备方法，其特征在于，所述导线连接在每层微岛结构上；所述弹性基材为聚二甲基硅氧烷。

9.一种纤维素基手写输入板，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。

10.如权利要求所述9所述的纤维素基手写输入板的应用，其特征在于，应用于制备可穿戴设备。

技术总结本发明属于纤维素基复合材料技术领域，具体涉及一种纤维素基手写输入板及其制备方法与应用。该纤维素基手写输入板的制备方法，包括以下步骤：(1)制备纤维素纤维手抄片；(2)使用旋转涂布方法将碳纳米管分散体系涂覆在步骤(1)纤维素纤维手抄片其中一面，制得碳纳米管导电层，采用丝网印刷方法在导电层上构建微岛结构，制得导电纤维素纤维手抄片；(3)取两组步骤(2)的导电纤维素纤维手抄片，使两组导电纤维素纤维手抄片的微岛结构接触，连接导线并与弹性基材复合，制得纤维素基手写输入板。上述手写输入板以纤维素纤维手抄片为基材，具有可生物降解、透气性好、柔韧性高、佩戴舒适性好等优点。技术研发人员：张浩,徐茸茸,周淦,焦振凌,冀者,张国立,杨梦雪受保护的技术使用者：河南工程学院技术研发日：技术公布日：2024/7/29