[发明专利]一种高灵敏度与宽量程的复合导电纳米纤维气凝胶传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种高灵敏度与宽量程的复合导电纳米纤维气凝胶传感器，其特征在于，所述传感器包括自下而上依次叠设的多层复合导电纳米纤维气凝胶，且所述多层复合导电纳米纤维气凝胶中纳米纤维的含量自下而上呈梯度递减；

所述复合导电纳米纤维气凝胶传感器的制备方法包括如下步骤：

S1、将热塑性聚合物纳米纤维溶于醇水混合液中形成质量百分浓度为0.1～10％的悬浮液，再依次加入质量百分浓度为1～10％的导电材料、质量百分浓度为1～10％的交联剂使之混合均匀制得气凝胶胶液；

S2、采用冷冻干燥处理工艺对步骤S1制得的气凝胶胶液进行冷冻干燥处理，制得复合导电纳米纤维气凝胶；

S3、在步骤S2制得的复合导电纳米纤维气凝胶上涂覆步骤S1制得的气凝胶胶液；

S4、对经过步骤S3处理后的复合导电纳米纤维气凝胶进行冷冻干燥处理，制得多层复合导电纳米纤维气凝胶；

S5、对制得的多层复合导电纳米纤维气凝胶通过逐次涂覆步骤S1制得的气凝胶胶液，并进行冷冻干燥处理，得到所述高灵敏度与宽量程的复合导电纳米纤维气凝胶传感器；

所述多层复合导电纳米纤维气凝胶受到的外界压力逐渐增大的过程中，多层所述复合导电纳米纤维气凝胶自上而下依次受压；

先受压的所述复合导电纳米纤维气凝胶的杨氏模量小于后受压的所述复合导电纳米纤维气凝胶的杨氏模量；且先受压的所述复合导电纳米纤维气凝胶的小压力灵敏度高于后受压的所述复合导电纳米纤维气凝胶的小压力灵敏度。

2.根据权利要求1所述的一种高灵敏度与宽量程的复合导电纳米纤维气凝胶传感器，其特征在于，先受压的所述复合导电纳米纤维气凝胶中导电材料的填充浓度高于后受压的所述复合导电纳米纤维气凝胶中导电材料的填充浓度。

3.根据权利要求2所述的一种高灵敏度与宽量程的复合导电纳米纤维气凝胶传感器，其特征在于，先受压的所述复合导电纳米纤维气凝胶的高灵敏压力范围小于后受压的所述复合导电纳米纤维气凝胶的高灵敏压力范围；且传感器受压时，至少一层所述复合导电纳米纤维气凝胶所受的压力位于高灵敏压力范围内。

4.根据权利要求1所述的一种高灵敏度与宽量程的复合导电纳米纤维气凝胶传感器，其特征在于，所述热塑性聚合物纳米纤维为聚乙烯醇-乙烯共聚物纳米纤维、聚酰胺纳米纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米纤维或聚氨酯纳米纤维；所述醇水混合液中醇与水的质量比为7：3～3：7，所述醇为正丙醇、异丙醇、正丁醇或叔丁醇中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种高灵敏度与宽量程的复合导电纳米纤维气凝胶传感器，其特征在于，所述导电材料选自单壁/多壁碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、碳黑、石墨微片、金属纳米粒子、金属纳米线/片、液态金属、金属氧化物粉体、导电钛白粉、离子液体、或导电聚合物中的一种；所述导电聚合物选自聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、聚乙炔、聚苯硫醚、聚对亚苯、聚苯胺衍生物、聚噻吩衍生物和聚吡咯衍生物的中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种高灵敏度与宽量程的复合导电纳米纤维气凝胶传感器，其特征在于，所述交联剂为戊二醛、甲醛或乙醛中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的一种高灵敏度与宽量程的复合导电纳米纤维气凝胶传感器，其特征在于，所述复合导电纳米纤维气凝胶还包括添加质量百分浓度为0.1～2％的酸作为催化剂。

8.根据权利要求1所述的一种高灵敏度与宽量程的复合导电纳米纤维气凝胶传感器，其特征在于，所述冷冻干燥处理中的冷冻温度为-55℃～-30℃，干燥时间为12～48h。

9.根据权利要求1所述的一种高灵敏度与宽量程的复合导电纳米纤维气凝胶传感器，其特征在于，步骤S3中，利用浸渍涂覆、滴涂、提拉或旋涂的方式对所述复合导电纳米纤维气凝胶进行涂覆处理。

10.根据权利要求1所述的一种高灵敏度与宽量程的复合导电纳米纤维气凝胶传感器，其特征在于，复合导电纳米纤维气凝胶材料的密度为5～10mg/cm，比表面积为300～800m/g，平均孔径为1～3μm。