[发明专利]一种高灵敏湿度响应纤维及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种高灵敏湿度响应纤维及其制备方法与应用。所述高灵敏湿度响应纤维具有由导电纳米材料、亲水聚合物和易潮解盐共同形成的复合纤维结构，所述亲水聚合物包裹在导电纳米材料网络表面形成亲水聚合物包裹层，所述易潮解盐均匀嵌设于亲水聚合物包裹层中。所述制备方法包括：使导电纳米材料均匀分散于亲水聚合物中，形成导电纳米材料/亲水聚合物溶液，之后进行湿法纺丝，制得凝胶纤维；之后将其与易潮解盐溶液接触，进行溶剂置换后干燥，获得高灵敏湿度响应纤维。本发明制备的导电纳米材料/亲水聚合物/易潮解盐复合纤维强度高，韧性好，对湿度响应迅速，与织物结合工艺简单，可实现织物局部湿度状况实时监测。

技术领域

本发明涉及一种湿度响应纤维，特别是涉及一种具有高灵敏湿度响应导电纳米材料/聚乙烯醇/易潮解盐纤维及其制备方法与应用，属于纳米材料技术领域。

背景技术

当今织物产品越来越倾向于智能化与功能化，对纤维进行微纳结构设计使其功能化，是实现对环境感知与应激响应的技术手段。其中，纤维状高灵敏柔性传感器件是其中的关键组元之一。湿度是环境中的重要指标之一，因此对湿度的实时监测十分重要，为实现织物局部湿度状况实时监测，需要开发高灵敏纤维状湿度传感器。目前市场上的湿度传感器主要是基于薄膜材料，是薄膜状湿度传感器，其强度低，难以与织物进行良好有效的结合，因此在高性能可穿戴湿度传感器件上的应用受到限制。目前，市场上尚未见纤维状湿度传感器。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高灵敏湿度响应纤维及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

本发明的另一目的在于提供所述高灵敏湿度响应纤维在制备湿度传感器件中的应用。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种高灵敏湿度响应纤维，其具有由导电纳米材料、亲水聚合物和易潮解盐共同形成的复合纤维结构，所述亲水聚合物包裹在导电纳米材料网络表面形成亲水聚合物包裹层，所述易潮解盐均匀嵌设于所述导电纳米材料网络表面的亲水聚合物包裹层中。

在一些实施方案中，所述易潮解盐包括锂盐、钙盐、镁盐中的任意一种或两种以上的组合。

本发明实施例还提供了一种高灵敏湿度响应纤维的制备方法，其包括如下步骤：

(1)使导电纳米材料均匀分散于亲水聚合物中，形成导电纳米材料/亲水聚合物溶液；

(2)对导电纳米材料/亲水聚合物溶液进行湿法纺丝，制得凝胶纤维；

(3)将所述凝胶纤维与易潮解盐溶液接触，进行溶剂置换后干燥，获得高灵敏湿度响应纤维。

本发明实施例还提供了由所述方法制备的高灵敏湿度响应纤维，其直径为5～400μm，强度在200MPa以上，响应时间低于5s，灵敏度大于200％。

本发明实施例还提供了前述的高灵敏湿度响应纤维于制备湿度传感器中的用途。

本发明实施例还提供了一种可穿戴湿度传感器，其包含前述的高灵敏湿度响应纤维，以及与所述高灵敏湿度响应纤维结合的织物。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：

1)本发明采用碳纳米管等导电纳米材料为增强填料材料，通过湿法纺丝技术制备导电纳米材料/亲水聚合物凝胶纤维，再采用溶液交换法，采用易潮解盐溶液置换凝胶纤维中的水与丙酮，制备高强度导电纳米材料/亲水聚合物/易潮解盐复合纤维。所制备的复合纤维强度高，韧性好，对湿度响应迅速，与织物结合工艺简单，实现织物局部湿度状况实时监测，在可穿戴湿度传感器件制备领域具有广泛的应用。

2)本发明提供的高灵敏湿度响应纤维中易潮解的氯化锂等盐在湿度环境下潮解释放离子，快速调节纤维导电性能，实现高灵敏湿度传感。

附图说明