[发明专利]一种具有自修复功能的高灵敏导电传感高分子复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于柔性传感材料技术领域，公开一种具有自修复功能的高灵敏导电传感高分子复合材料及其制备方法和应用，所述高分子复合材料是将纤维素纳米晶分散于去离子水中，调节pH值至中性，滴加银纳米线的水分散液，充分混合后涂到在玻璃片上，等待水分完全挥发后制得纳米导电层；将弹性高分子溶于有机溶剂中，涂到上述纳米导电层表面后烘干，再进行真空干燥，固化之后浸泡在去离子水中，剥离并干燥后制得。本发明的复合材料在具备导电与灵敏度高的基础上，还兼具自修复功能，当对复合材料进行一定程度的拉伸或表面深度划痕时，可以通过浸泡水等水刺激的手段，使复合材料的导电层自修复，其电阻可回复到30～100％。

技术领域

本发明属于柔性传感材料技术领域，更具体地，涉及一种具有自修复功能的高灵敏导电传感高分子复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

传感器件与人类生活息息相关，无论是检测外界环境变化，还是监测人体运动与健康，传感器件已经越来越离不开人们的生活，如光敏器件、热敏器件等等。随着科学技术的发展以及使用环境条件的苛刻，传统的传感器件已经不能满足人们生活与外界环境的需求了。脆性、不耐弯折与拉伸、使用寿命不高等一系列缺点致使外界对柔性传感器件的呼声愈来愈高。柔性传感器件以其独特的柔性、高度可拉伸、高灵敏等特点，迅速发展壮大。目前，许多科学研究正针对并发展柔性传感器件，加速了柔性传感器件投入生产与应用时间。

然而，柔性传感材料常用的传感方式是电阻式的传感，即通过外界环境的变化，如热、湿气、拉伸、弯曲、压缩等等，致使材料的导电层发生变化，从而电阻在此过程发生连续变化。由此可见，柔性传感材料的导电层是提高传感器件的重要因素之一。其中，银纳米线以其透光性、高导电性(低电阻)、高导热性等优点，通常被用来当做导电层的纳米导电物质，成为了柔性传感器件的首选材料。曾经有研究报道，将银纳米线与弹性高分子复合，制备出了较为简单有效的柔性传感材料，此后柔性传感材料也逐渐成为了科研界与材料学所关注的热门之一。尽管银纳米线与弹性高分子可以进行复合构筑柔性传感材料，但该领域仍存在种种需要攻克的难题。传统传感高分子复合材料的缺陷，如低回复性，高滞后性以及低灵敏度，仅以银纳米线高分子复合材料而言，除去高分子本身具备的滞后通病，银纳米线高分子复合材料最为突出的缺陷便是其低灵敏度以及低可拉伸度，在循环拉伸过程中常常会加剧滞后现象的发生，且进行一定程度拉伸后，银纳米线往往会发生不可逆的弯折，最终致使导电性无法回复。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，提供一种具有自修复功能的高灵敏导电传感高分子复合材料。对导电层进行轻微的划伤，导致的电阻增加几个数量级的划痕，该高分子复合传感材料能够对其进行形貌与电阻修复。

本发明的另一目的在于提供上述具有自修复功能的高灵敏导电传感高分子复合材料的制备方法。该制备方法简单，成本相对较低。

本发明的再一目的在于提供上述具有自修复功能的高灵敏导电传感高分子复合材料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种具有自修复功能的高灵敏导电传感高分子复合材料，所述高分子复合材料是将纤维素纳米晶分散于去离子水中，调节pH值至中性，滴加银纳米线的水分散液，充分混合后均匀涂到在玻璃片上，等待水分完全挥发后制得纳米导电层；将弹性高分子溶于有机溶剂中，涂到上述纳米导电层表面后烘干，再进行真空干燥，固化之后浸泡在去离子水中，剥离并干燥后制得。

优选地，所述纤维素纳米晶与银纳米线的质量比为(1～10)：(1～3)，所述纤维素纳米晶的质量和去离子水的体积比为(1～10)mg：1mL，所述银纳米线的水分散液的浓度为1～5mg/mL。

优选地，所述有机溶剂为N,N二甲基乙酰胺，N,N二甲基甲酰胺，二甲基桠枫或四氢呋喃。

优选地，所述弹性高分子为天然橡胶、聚二甲基硅氧烷或弹性聚氨酯中的一种以上。