[发明专利]一种木质素纤维湿度传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种木质素纤维湿度传感器及其制备方法，所述方法通过静电纺丝将木质素磺酸钠制备成木质素纤维薄膜，再在其表面涂覆纳米银线，利用木质素纤维吸水润胀后导电性的变化，应用于湿度传感器。该方法制备的湿度传感器具有木质素纤维湿敏组件，能够对环境湿度进行快速响应，相比于其他生物质材料制备的湿度传感器而言，该方法制备的湿度传感器具有更短的响应和恢复时间。本发明采用的原料来源丰富，生产成本低，制备工艺简单易行且安全环保，同时为木质素的高值化利用开辟了新的思路，具有实际的应用及经济价值。

技术领域

本发明属生物质材料加工技术领域，具体涉及一种利用木质素制备湿度传感器的方法。

背景技术

湿度传感器被广泛应用于工业、农业以及人类日常生活活动中，传统的湿度传感器所用湿敏材料为金属氧化物以及高分子聚合物薄膜，成本高且不环保。

木质素是植物界中仅次于纤维素的第二大可再生的天然高分子，含有多种官能团，工业木质素主要来源于造纸工业的制浆黑液或生物乙醇生产的副产品。全世界造纸工业每年产生约为5000万吨木质素，其中90％经碱回收系统浓缩后焚烧用于生产蒸汽和发电，未能实现木质素的高值化利用。

中国专利公开号108414583A公开了一种湿度传感器及基于氧化石墨烯湿度传感器的改良和制备，通过对湿度传感器中石墨烯材料湿敏组件的处理工艺、还原氧化石墨烯材料的微观组成及结构等进行改进。用氢溴酸溶液处理得到还原氧化石墨烯，或者将氧化石墨烯材料与聚阳离子聚合物采用静电诱导层层自组装的方法交替沉积形成氧化石墨烯复合薄膜，从而得到湿度传感器的湿敏组件。该方法所用原料成本高、制备工艺复杂且不环保。

Chen等人将木质素与氧化石墨烯混合制备成薄膜得到在高湿环境下响应性能优良的湿度传感器，但是其响应和恢复时间为200秒，时间过长。Zhang等人将海藻酸钠通过静电纺丝制成薄膜后，浸泡在硝酸银溶液中，清洗后再浸泡在二甲基胺硼烷溶液中还原银离子，使得银均匀的生长在每一根海藻酸钠纤维上，然后利用其对湿度的响应来检测呼吸频率。但是能检测到的湿度范围只有35％～85％，且响应和恢复时间也过长，其次制备过程使用了有毒溶剂，不环保。

综上所述，目前利用生物质材料制备湿度传感器是降低湿度传感器制造成本的解决办法之一，但是生物质材料制备的湿度传感器存在响应和恢复时间过长的问题。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种木质素纤维湿度传感器及其制备方法，该方法工艺简单、生产成本低，制备的木质素纤维湿度传感器响应灵敏，响应和恢复时间短。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种木质素纤维湿度传感器，通过静电纺丝将木质素磺酸钠制备成木质素纤维薄膜，再在木质素纤维薄膜表面涂覆纳米银线制得。

一种木质素纤维湿度传感器的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚乙烯醇溶于去离子水中配制成质量分数为10％的聚乙烯醇溶液，然后与木质素磺酸钠混合溶于乙酸溶液中配制成质量分数为25％～40％的纺丝液；

(2)将步骤(1)制得的纺丝液进行静电纺丝得到木质素纤维膜；

(3)将聚乙烯吡咯烷酮加入到乙二醇中，搅拌使其完全溶解，再加入硝酸银，完全溶解后加入氯化铁溶液，搅拌1～2min后，在120～160℃条件下反应3～5h，冷却后洗涤，最后加入乙醇，得到纳米银线分散液；

(4)将步骤(3)制得的纳米银线分散液喷涂在步骤(2)制得的木质素纤维膜上，待液体完全挥发后烘干，得到木质素纤维湿度传感器。

优选地，所述步骤(2)中静电纺丝的工艺条件为：静电纺丝装置喷丝口和纤维接收装置之间的距离为10～20cm，喷丝针头为25～28G，高压静电发生器的电压为15～25kV，静电纺丝液进料速度为0.1～1.0mL/h。