[发明专利]高弹性导电纳米纤维膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了高弹性导电纳米纤维膜及其制备方法和应用，该高弹性导电纳米纤维膜由双层弹性膜作为收集极的静电纺丝装置制得，所述高弹性导电纳米纤维膜为双褶皱结构纳米纤维膜，该高弹性导电纳米纤维膜具有柔性，且可实现大尺度拉伸，具有较好的导电性、压敏性能、拉伸恢复性能和拉伸稳定性能，可用作具有大尺度拉伸需求的柔性可拉伸应变传感器的力敏电阻。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及高弹性导电纳米纤维膜及其制备方法和应用。

背景技术

柔性可穿戴电子器件可以集成到衣物及整合于人体皮肤来随时、随地获得肢体运动、体温变化、心理变化及健康状况等多种信息，即在非平面的工作环境中灵活工作并促进信息与人的融合，因此，在自然灾害预警、人造电子皮肤、太阳能电池、智能显示屏、可穿戴个人健康监测设备、具有人工智能的机器人及嵌入式医疗器件等领域受到广泛关注。而柔性传感器作为柔性可穿戴器件的核心部件,其性能将影响柔性可穿戴设备的性质、性能与未来发展趋势。

静电纺丝技术是一种通用的纳米纤维制备方法，由该方法制备的电纺纳米纤维通常为平面无纺布结构，在电纺前驱液中加入导电物质可制得导电纳米纤维膜，这类导电纳米纤维膜多具有较好的柔性，可应用于柔性可穿戴电子器件，但其拉伸性能有限，因此现有的电纺导电纳米纤维膜无法适用需大尺度拉伸的柔性可拉伸应变传感器的力敏电阻的应用需求。

发明内容

针对现有技术不足，本发明要解决的技术问题是，提供高弹性导电纳米纤维膜及其制备方法和应用，该高弹性导电纳米纤维膜具有柔性，且可实现大尺度拉伸，具有较好的导电性、压敏性能、拉伸恢复性能和拉伸稳定性能，可用作具有大尺度拉伸需求的柔性可拉伸应变传感器的力敏电阻。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种高弹性导电纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)纺丝液配置：将高分子材料和导电物质混合溶于溶剂制得纺丝液；

(2)静电纺丝装置搭建：所述静电纺丝装置包括高压电源、供液机构、纺丝喷头和收集极，所述高压电源的正负极分别连接纺丝喷头和收集极；所述收集极包括自下而上依次层叠设置的导电层、第一弹性膜和第二弹性膜，所述第一弹性膜和第二弹性膜均为绝缘材料，所述第一弹性膜和第二弹性膜均处于拉伸状态且固定安装在导电层上，所述第一弹性膜和第二弹性膜沿同方向拉伸，所述第一弹性膜的拉伸量大于第二弹性膜，所述第一弹性膜上沿其拉伸方向均匀排列多个条形凹槽，所述条形凹槽长度方向垂直于第一弹性膜拉伸方向设置，所述第二弹性膜上均匀密布圆形通孔，所述第一弹性膜和第二弹性膜处于未拉伸状态下，所述条形凹槽的槽宽小于圆形通孔直径；

(3)电纺纳米纤维膜：将纺丝液注入静电纺丝装置的供液机构中，开启静电纺丝装置，调整纺丝参数，在所述收集极的第二弹性膜上电纺一层纳米纤维膜后，关闭静电纺丝装置；

(4)取膜：将第二弹性膜和第一弹性膜恢复原长，所得纳米纤维膜随之收缩形成双褶皱结构，将纳米纤维膜自第二弹性膜上取下，即得高弹性导电纳米纤维膜。

作为优选，所述步骤(1)为：将3.4g的热塑性聚氨酯弹性体橡胶溶于16.6g的N,N-二甲基甲酰胺中，在40℃条件下磁力搅拌3个小时，加入0.2g纳米石墨烯粉末继续搅拌6小时得纺丝液；所述步骤(3)的纺丝参数为：纺丝距离8cm，纺丝液推进速度2ml/h，纺丝时间为180min，纺丝电压15kV。

本发明还公开了一种高弹性导电纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)纺丝液配置：将高分子材料溶于溶剂制得纺丝液；