[发明专利]湿度响应超分子薄膜材料组合物、超分子薄膜、该薄膜的制备方法及其应用

说明书

一种湿度响应超分子薄膜材料组合物，所述组合物至少包含以下组分：多电荷分子、相对于所述多电荷分子而言带有相反电荷的表面活性剂、金属离子或有机酸、以及具有湿度响应特性的荧光染料，其特征在于，所述荧光染料的分子结构随极性改变而发生变化，从而显示出对湿度的颜色、荧光双重响应。本发明还提供了包含该薄膜材料组合物的湿度响应超分子薄膜、所述薄膜的制备方法及其应用。

技术领域

本发明涉及一种具有湿度响应/敏感特性的可见、荧光双响应的超分子材料组合物、超分子薄膜、该薄膜的制备方法及其应用，属于光学传感材料领域。

背景技术

湿度检测在工业和生活中有很多的应用，如博物馆文物保存、食品工业、制药工业等，都需要进行湿度的监控。日常生活中最常用的湿度传感材料是半导体，它们的优点是响应快、可读出、可与电子器件相容，但缺点是柔韧性差、体积大、较昂贵、不具有空间分辨率。

一种新近发展起来的湿度传感材料是湿度敏感(湿敏)薄膜，其柔韧性好、便携、便宜、具有空间分辨率，恰恰克服了半导体传感器的缺点。这类薄膜有两种传感方式，一种是荧光传感，一种是颜色传感。这两种传感方式各有优缺点：荧光传感灵敏度高，但是需要紫外灯的激发，且要外连检测器；而颜色传感在日光灯下即可凭裸眼观测，相比荧光传感会更方便，但灵敏度不如荧光传感。

Chao Lv等，Adv.Mater.Interfaces，2017，1601002公开了一种具有湿度响应特性的聚合物薄膜，其具有随湿度改变而发生形变的特点。该文献公开的聚合物薄膜对湿度完全响应最多需要3min，并且其形状响应于环境相对湿度而发生弯曲形变。

目前的湿敏薄膜主要基于聚合物等材料，存在对湿度的响应较慢、响应变化不够显著、响应方式单一等缺点，难以适应复杂的环境条件。因此，对于能够快速响应湿度变化、在大范围内实现湿度的传感响应，并能适应多种实际需要的湿敏薄膜，本领域中存在实际需求。

发明内容

为克服现有技术的不足，发明人经过潜心研究，制作出了一种具有颜色、荧光双响应的湿敏薄膜材料组合物，该组合物通过超分子自组装实现了对湿度的快速响应，并且通过包含具有湿度响应特性的荧光染料，显示出对湿度的颜色、荧光双重响应，从而完成了本发明。

因此，在一方面，本发明涉及一种湿度响应超分子薄膜材料组合物，该组合物至少包含以下组分：多电荷分子、相对于所述多电荷分子而言带有相反电荷的表面活性剂、金属离子或有机酸、以及具有湿度响应特性的荧光染料，其中，该荧光染料的分子结构随极性改变而发生变化，从而显示出对湿度的颜色、荧光双重响应。

在另一方面，本发明涉及由上述超分子薄膜材料组合物制备的湿度响应超分子薄膜。

在另一方面，本发明还涉及所述湿度响应超分子薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)，配制混合溶液。

步骤(2)，溶液离心。

步骤(3)，取出沉淀，按压。

在另一方面，本发明还涉及本发明的湿度响应超分子薄膜在湿度检测装置、可逆水写纸张或挥发性有机气体检测装置中的应用。

本发明的湿度响应超分子薄膜能够实现湿度的颜色、荧光双响应，在大的相对湿度范围内均有明显的湿度响应变化，并且响应迅速、可反复使用。因此，本发明的湿度响应超分子薄膜显示出优异的湿度响应特性，具有较高的工业应用前景。

附图说明

图1示出了荧光染料罗丹明B的分子结构的两种平衡态。

图2A和图2B分别示出了制备例1产物TPE-BPA和制备例2产物DEAB的分子结构。

图3示出了制备例1产物TPE-BPA的合成路线。