[发明专利]一种制备仿生结构乳胶-导电高分子复合材料的方法和乳胶-导电高分子复合膜及其应用

说明书

本发明提供了一种制备仿生结构乳胶‑导电高分子复合材料的方法和乳胶‑导电高分子复合膜及其应用，方法包括将聚(3,4‑乙烯二氧噻吩)‑聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂混合后进行电荷作用，得到仿生结构乳胶‑导电高分子复合材料；聚(3,4‑乙烯二氧噻吩)‑聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂的质量比为0.03～0.18:4.91～4.92:94.90～95.05。复合薄膜单向拉伸率接近340％，厚度只有75至90μm，具有与不同材质的凹凸表面共形贴合的能力；制备的非接触式湿度传感器的灵敏度为‑1.35％/％RH(ΔR/R₀)；非接触式温度传感器的灵敏度为‑0.72％/℃(ΔR/R₀)。

技术领域

本发明属于非接触式传感器技术领域，尤其涉及一种制备仿生结构乳胶-导电高分子复合材料的方法和乳胶-导电高分子复合膜及其应用。

背景技术

柔性电子可以适应于复杂曲面环境的特点使其可以突破传统电子器件的使用限制，在电子显示器、薄膜太阳能电池板、射频识别技术以及电子皮肤等领域有着广泛的应用前景。其中，可以全面、多维、准确、有效地捕捉信息，最大限度保证信号质量的柔性传感器是柔性电子的重要组成部分。然而，由于柔性材料性能不足和传感机理不丰富的限制，目前柔性电子传感技术还不能完全满足复杂实际需求，发展用于新型柔性传感器的新原理、新结构、新材料，被视为实现柔性传感器广泛应用的关键突破口。目前为止，如何开发出新型具有远距离、高灵敏、多功能的非接触式传感器，同时传感器件有很好的延展性以及共形贴合能力是限制柔性传感技术发展的一大瓶颈问题。

现有构建非接触式传感器的根据作用机制可以分为两大类别，一类是通过导电物质的自身非接触式响应，运用光刻蚀、微纳制造、化学气相沉积以及液相剥离等技术实现材料的超薄化，德国《先进材料》(Advanced Materials，2012年第24卷第1969至1974页)首次报道了基于超薄二硫化钒纳米片利用液相剥离的技术制备了灵敏的湿度传感器。但是由于制备成本高、工艺复杂、不具有延展性以及无曲面贴合能力等缺点，限制了其在柔性电子领域的应用；另一类是通过一些功能材料的机械性质改变，从而影响导电物质的电阻或者电容变化，然而由于导电物质在混合过程中需要高含量来实现导电功能，因此很难实现高延展性，同时也无法应用在复杂的表面。为构建新型性能可靠、结构新颖的多功能传感材料，基于自然界生物结构的研究成为解决问题的有效解决方案。印尼金锹甲虫的自隔离网络结构具有优异独特的性能，类似的结构尚未应用到柔性非接触式传感领域，设计合适的材料体系来仿生此类独特结构，以满足实际需求显得迫在眉睫。

因此，开发出一种具有优异的共形贴合能力并且柔性可延展的仿生自隔离结构的乳胶/导电高分子复合物的方法具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种制备仿生结构乳胶-导电高分子复合材料的方法和乳胶-导电高分子复合膜及其应用，该方法制备的复合膜具有较好的力学性能。

本发明提供了一种制备仿生结构乳胶-导电高分子复合材料的方法，包括以下步骤：

将聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂混合后反应，得到仿生结构乳胶-导电高分子复合材料；

聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂的质量比为0.03～0.18:4.91～4.92:94.90～95.05。

优选地，所述乳胶液选自羧基丁苯乳胶、天然乳胶和硅丙乳胶中的一种或多种。

优选地，所述溶剂选自去离子水、乙醇和异丙醇中的一种或多种。

优选地，所述反应的温度为20～25℃，反应的时间为25～30min。

本发明提供了一种用于多功能非接触式传感的仿生结构乳胶-导电高分子复合膜，由上述技术方案所述方法制备的仿生结构乳胶-导电高分子复合材料涂覆在基板模具上后除去溶剂制得。