[发明专利]一种木质素基柔性压阻传感器的制备方法

说明书

本发明公开了一种木质素基柔性压阻传感器的制备方法，是将高分子量高聚物完全溶于有机溶剂中，随后加入木质素，搅拌得到纺丝液；将所得纺丝液加入到静电纺丝设备中进行纺丝，推进速度呈阶梯式变化，得到木质素纳米纤维；将所得纤维置于管式炉中经预氧化和碳化后得到木质素基纳米碳纤维；将所得纳米碳纤维置于静电纺丝接收板上，在其正反两面喷覆热塑性柔性纳米纤维，得到韧性夹层电极；将所得夹层电极在80～180℃下热压成型后组装即得到柔性压阻传感器。该传感器具有韧性好、舒适度高、检测范围宽、可编织性强、成本低等优点，市场开发和应用前景广阔。

技术领域

本发明属于柔性压阻传感器的制备技术领域，涉及一种木质素基柔性压阻传感器的制备方法。

背景技术

柔性传感器由于具有可编织性强、灵敏度高、检测范围广等优点而颇受关注，广泛应用于人体动作和疾病的检测。目前压阻传感器大多通过金属或半导体来制备，可编织性差、舒适度低、检测范围窄等缺点极大限制了其在纺织服装等领域中的进一步应用。为解决上述问题，碳纳米材料因其具有导电性能好、可设计性强等优点而被用于压阻传感器的制作。中国专利CN 108760101 A公开了一种三维石墨烯/碳纳米管弹性体及其在柔性压阻式传感器中的应用，使用石墨烯和碳纳米管制备了灵敏度高的弹性传感器。然而其成本较高，无法满足服装用可穿戴传感器的要求。为进一步降低成本，提高其可编织性，开发成本低、可编织性强的碳纤维成为研究的重点。而采用造纸废弃物木质素为原材料，经纺丝成形、预氧化和碳化后可有效降低碳纤维的成产成本，有望在智能服装领域得到应用。但经检索，以木质素为主体，通过结构设计构筑等级结构，经碳化和进一步组装后得到柔性压阻传感器的有关木质素基柔性压阻传感器的制备方法的专利鲜见报道。

发明内容

针对现有技术中压阻传感器存在的可编织性差、舒适度低、检测范围窄等问题，本发明的目的在于提供一种木质素基柔性压阻传感器的制备方法。

本发明所述木质素基柔性压阻传感器的制备方法，步骤是：

(1)将粘均分子量为5×10⁵～7×10⁶的高聚物在50～100℃下完全溶于有机溶剂中，随后加入木质素，搅拌5～12h，得到纺丝液；

其中：所述高聚物为聚乙烯、聚氧化乙烯或聚氨酯，或其几种任意质量比的混合，高聚物的添加量为木质素质量的0.2～5％；所述木质素为硫酸盐木质素、亚硫酸盐木质素或酶解木质素，或其几种任意质量比的混合，木质素的添加量为有机溶剂质量的10～60％；所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或三氯甲烷；

(2)将制得的纺丝液加入到静电纺丝设备中进行纺丝，纺丝电压为2～20kV，接收距离为15～20cm，先以0.3～0.6ml/h的推进速度纺丝1～4h，随后以0.1～0.3ml/h和0.4～0.6ml/h的推进速度各纺丝1～4h，得到木质素纳米纤维；

(3)将制得的木质素纳米纤维置于管式炉中进行预氧化和碳化，先以0.1～3℃/min的升温速率升至260～270℃，恒温处理1～4h；然后以2～5℃/min的升温速率升温至1000～1400℃进行碳化，时间为1～4h，得到木质素基纳米碳纤维；

(4)将制得的木质素基纳米碳纤维置于静电纺丝接收板上，在其正反两面喷覆热塑性柔性纳米纤维并形成厚度为30～50μm的膜，得到韧性夹层电极；将所得夹层电极在80～180℃下热压成型后组装即得到木质素基柔性压阻传感器；其中所述热塑性柔性纳米纤维为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乳酸、热塑性聚氨酯、聚乙烯或聚丙烯纳米纤维，或其几种任意体积比的混合。

上述木质素基柔性压阻传感器的制备方法中：步骤(1)中所述高聚物优选为聚乙烯或聚氧化乙烯，其粘均分子量优选为2×10⁶～5×10⁶，添加量优选为木质素质量的1～3％；所述木质素优选硫酸盐木质素、亚硫酸盐木质素或酶解木质素，其添加量优选为有机溶剂质量的20～60％；所述有机溶剂优选为N,N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜。