[发明专利]一种基于取向纳米纤维的多功能可拉伸透气传感材料

说明书

本发明公开一种基于取向纳米纤维的多功能可拉伸透气传感材料。通过静电纺丝技术调控纳米纤维膜的形貌结构，设计具有取向结构的导电离子液体/柔性高分子的纳米纤维膜，并通过沿着垂直于纳米纤维取向方向制备电极获得具有优异传感性能的高分子基可拉伸应变/温度传感材料。本发明利用静电纺丝技术制备了具有多孔结构的纳米纤维膜，透气性好，提高了传感器件佩戴时的舒适性，此外，通过巧妙地调整纺丝工艺(主要是提高滚筒接收器的转速)制备了具有纳米纤维取向分布的纤维膜，提高了传感器件应变/温度传感的灵敏性和重复性。

技术领域

本发明属于高分子复合材料领域，涉及一种基于取向结构纳米纤维膜的多功能可拉伸 透气传感材料。

背景技术

随着电子皮肤、人机交互、可穿戴电子设备等新兴领域的迅速发展，作为核心部件的 柔性、可拉伸、可穿戴的应变/温度传感材料成为人们关注的热点。传统的应变/温度传感 材料多由金属或半导体等刚性材料制成，其较差的柔韧性、可拉伸性以及延展性使材料的 应用受到局限。研究显示，将导电材料与柔性高分子复合是制备柔性传感材料的有效途径。 目前研究较多的高分子基柔性应变/温度传感材料主要是由无机纳米粒子，例如碳系材料 (炭黑、碳纳米管、石墨烯等)和金属材料(银粒子、银纳米线等)，填充的柔性高分子导电复合材料。然而，由于无机材料与高分子基体之间的相容性普遍较差，在高分子基体(尤其是高粘度的柔性高分子)内无机材料分布不均匀，并且构筑的导电网络杂乱无章， 温度和应变刺激下导电通路的演变不可逆，导致材料的应变/温度响应行为的稳定性和可 重复性较差。此外，由于无机纳米粒子与高分子的热膨胀系数差异大，高分子基柔性温度 传感材料往往呈现非单调的电信号响应。这些问题严重阻碍了高分子基柔性温度传感材料和柔性应变传感材料的实际应用。

离子液体(IL)是一类由阴阳离子组成的室温熔融盐，具有低熔点、低挥发性、低密度、高离子导电率、抗菌性等独特优势，在高分子材料改性、功能材料的制备等诸多领域 受到广泛关注。与无机纳米填料相比，离子液体不仅具有优异的导电率，并且可通过氢键 作用、偶极作用、质子化作用等与高分子链相互作用，提高其在高分子基体中的分散。因 此，将离子液体作为传感组分为制备高性能的高分子基柔性传感材料提供了新的思路。此 外，静电纺丝技术能够将离子液体/高分子复合之后的基材，进一步纺丝制备成透气性强、 柔性、适合可穿戴器件的传感材料，对可穿戴器件产业的发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是解决现有的无机导电纳米粒子填充高分子基柔性传感材料存在的应 变/温度响应行为的稳定性和可重复性较差、温度响应信号非单调变化的问题，发展基于 离子导电机制的高分子基多功能可拉伸透气传感材料，并利用静电纺丝技术调控纳米纤维 膜的形貌结构，最终获得透气性好、应变/温度响应行为的稳定性和可重复性好、温度响 应信号单调变化的高分子基可拉伸应变/温度传感材料。

本发明通过以下技术方案实现：

通过静电纺丝技术调控纳米纤维膜的形貌结构，设计具有取向结构的导电离子液体/ 柔性高分子的纳米纤维膜，并通过沿着垂直于纳米纤维取向方向制备电极获得具有优异传 感性能的高分子基可拉伸透气应变/温度传感材料。

一种基于取向纳米纤维的多功能可拉伸透气传感材料采用以下方案一方法制备得到：

步骤(1)：将柔性高分子基体加入到有机溶剂中，搅拌后得到均一的高分子溶液；

步骤(2)：上述高分子溶液利用静电纺丝纺成具有取向结构的纳米纤维膜；

步骤(3)：将具有取向结构的纳米纤维膜在导电离子液体中超声，然后在真空烘箱中干燥，获得复合纳米纤维膜；

作为优选，所述超声时间为30-100min，超声温度为18-35℃，超声功率为120W， 频率为40KHz。

作为优选，所述真空烘箱的温度为30-70℃，时间为12-24h。