[发明专利]一种具有湿度敏感特性的碳化木质素/海藻酸钠复合薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有湿度敏感特性的碳化木质素/海藻酸钠复合薄膜的制备方法，包括如下制备步骤：(1)在惰性气体氛围中，将木质素进行碳化，经过研磨和过筛后制得粉末状的碳化木质素；(2)将海藻酸钠分散于水中，制备海藻酸钠溶液，并将碳化木质素粉末分散于海藻酸钠溶液，搅拌均匀制备碳化木质素/海藻酸钠混合液；(3)将碳化木质素/海藻酸钠混合液烘干制得碳化木质素/海藻酸钠复合薄膜；(4)将碳化木质素/海藻酸钠复合薄膜浸泡于氯化钙溶液中一段时间后，烘干制得具有湿度敏感特性的碳化木质素/海藻酸钠复合薄膜。该材料对湿度具有超高的响应性，且原料丰富，成本低，制作工艺简单，便于产业化和长期使用。

技术领域

本发明属于湿度传感技术领域，具体涉及一种具有湿度敏感特性的碳化木质素/海藻酸钠复合薄膜的制备方法。

背景技术

环境湿度与人类生活、工农业生产密切相关。随着人们对生活质量和工农业产品质量的要求不断提高，如何更加精准的测量和控制环境湿度成为人们的研究热点之一。湿度传感器就是一类将环境湿度通过电信号形式表示出来的化学传感器，其主要的工作原理是利用可以吸附水分子的材料，在不同湿度条件下，吸附水分子含量的不同产生不同的特性(电阻、电容)，通过连接外电路输出电信号。传统的湿度传感材料是金属和半导体，现因较低的灵敏度、韧性和应变范围窄等特点逐渐淡出人们的日常生活。目前，新型的湿度传感材料有金属氧化物、以石墨烯和碳纳米管等为主的纳米材料。中国专利公开号CN104569074A公开了一种纳米复合湿度敏感材料、电阻式湿度传感器及其制备方法，湿度敏感材料为聚吡咯、TiO₂和石墨烯组成的复合材料。中国专利公开号CN102495106 A公开了一种用于柔性湿度传感器的湿度敏感材料及制备方法，湿度敏感材料是多壁碳纳米管和有机硅组成的复合材料。以上两种专利中的湿度敏感材料均具有良好的柔性和湿度传感性能，但是石墨烯和碳纳米管制备过程复杂，价格昂贵、生产成本较高，不利于工业化连续性生产。因此，研制和开发一种原料廉价、制备工艺简单、湿度响应性能好的新型材料具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有湿度敏感特性的碳化木质素/海藻酸钠复合薄膜的制备方法，该复合薄膜对湿度具有超高的响应性，低滞后性和稳定性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种具有湿度敏感特性的碳化木质素/海藻酸钠复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

S1.将木质素进行碳化，碳化条件为：在惰性气体的保护下，以2-20℃/min的升温速率升温至500-1000℃，保温0.5-3.0h，然后冷却至室温后取出，制得块状碳化木质素；

S2.将步骤S1制得的块状碳化木质素粉碎，过100-300目的筛网收集粉末状碳化木质素；

S3.将海藻酸钠溶于水，配制质量分数为1-3％的海藻酸钠溶液；

S4.将步骤S2制得的粉末状碳化木质素分散于步骤S3制得的质量分数为1-3％的海藻酸钠溶液中，搅拌均匀制得碳化木质素/海藻酸钠混合液；

S5.将S4步骤制得的碳化木质素/海藻酸钠混合液在温度40-80℃条件下真空干燥，制得碳化木质素/海藻酸钠复合薄膜；

S6.将碳化木质素/海藻酸钠复合薄膜放置于质量分数为1-10％的氯化钙溶液中浸泡1-24h，在温度为40-80℃条件下真空干燥，制得具有湿度敏感特性的碳化木质素/海藻酸钠复合薄膜。

优选地，所述步骤S1在惰性气体氛围下木质素的碳化温度为900℃，升温速率为10℃/min，保温时间为2h。

优选地，所述步骤S6将碳化木质素/海藻酸钠复合薄膜放置于质量分数为5％的氯化钙溶液中浸泡2h，在60℃条件下真空干燥。

优选地，所述的碳化木质素/海藻酸钠混合液中碳化木质素与海藻酸钠的质量比为1:1～3:1。