[发明专利]一种基于高分子材料的全柔性紫外探测器及其制备与应用

说明书

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种基于高分子材料的全柔性紫外探测器及其制备与应用，制备高分子材料的原料中包括光敏感材料和压电聚合物；所述光敏感材料为偶氮苯液晶弹性体复合材料。本发明巧妙地以加工性能、力学性能和响应能力优异的液晶弹性体复合体系同时作为光响应的元器件和柔性基体，结合压电式应力传感器结构设计，构建光信号‑应力信号‑电信号的传递机制，可制备零功耗、高耐久性、高灵敏度的全柔性紫外探测器件。该器件可应用于可穿戴传感器、仿生材料、电子皮肤、军事保密通信等领域。

技术领域

本发明属于紫外探测器技术领域，具体涉及一种基于高分子材料的全柔性紫外探测器及其制备与应用。

背景技术

在军事领域中，紫外光通信系统是一种新型通信手段，具有低窃听、抗干扰等独特优势。为了提升通信系统的便携性与集成能力，发展柔性可穿戴紫外探测器件在实现移动通信战略中具有迫切需求。目前，柔性紫外探测器大多局限于光电半导体为敏感元件，但刚性半导体敏感元件与柔性基底的弹性模量不匹配、表面能差异较大，易造成半导体材料的分离脱落，难以适用于军事极端环境下的可穿戴需求，拓展此类器件的材料体系与设计策略具有重要科学意义。

发明内容

本发明提供一种基于高分子材料的紫外探测器，制备高分子材料的原料中包括光敏感材料和压电聚合物；

所述光敏感材料为偶氮苯液晶弹性体复合材料。

本发明发现，液晶弹性体兼具比强度高、耐疲劳等优势，其液晶取向与交联网络的协同作用对环境具有极敏感的响应变形能力，可将光信号转化为力信号，将液晶弹性体与导电粒子混合，可建立光-力-电信号传递机制，制备得到耐久型、高灵敏的柔性紫外探测高分子材料。

优选的，所述光敏感材料为聚(乙二醇)-嵌段-聚{11-[4-(4-琥珀酰亚胺酯基苯偶氮)苯氧基]十一烷基甲基丙烯酸酯}。

优选的，制备所述高分子材料的原料中还包括分子量为100～80000g/mol的活性氨基交联剂。

进一步优选的，聚乙烯亚胺的分子量为1000～10000g/mol。偶氮苯液晶弹性体复合材料与压电聚合物混合物存在疏水性较强、对人体皮肤亲和黏附力较弱的问题，添加上述分子量大小的交联剂不仅可以改善薄膜的亲水性，还可以加强液晶弹性体交联网络和压电聚合物分子链间的结合力，进一步提升传感响应能力，而分子量在其他范围的胶联剂则无法起到相应的作用。

进一步优选的，所述活性氨基交联剂为聚乙烯亚胺、己二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺中的一种或几种。

优选的，所述压电聚合物为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物(PVDF-TrFE)、聚偏氟乙烯-六氟乙烯共聚物(PVDF-HFP)中的一种或几种。本发明中，偶氮苯液晶弹性体的光致变形驱动压电材料的内部正负电荷中心相对转移而产生极化现象，实现紫外光信号-应力信号-电信号的传感。上述共聚物与本发明的光敏感材料混合的过程后，无需外加电压即可实现高灵敏度的紫外传感，且薄膜中各聚合物组分弹性模量相匹配，动态耐久性能优异，可制备零功耗的自驱动柔性紫外光传感器。其它压电陶瓷材料如钛酸钡、锆钛酸铅等也可使用，均在本发明权力保护范围内，但是其效果不如上述化合物。

优选的，所述光敏感材料为聚(乙二醇)-嵌段-聚{11-[4-(4-琥珀酰亚胺酯基苯偶氮)苯氧基]十一烷基甲基丙烯酸酯}与所述压电聚合物的质量比为1∶1～10。

进一步优的，所述压电聚合物为聚偏氟乙烯，所述偶氮苯液晶弹性体与所述压电聚合物的质量比为1:2～4。

优选的，制备所述高分子高分子材料的原料中还包括导电纳米粒子。