[发明专利]纳米纤维素石墨烯量子点高敏湿度传感器及其绿色制备工艺

说明书

本发明公开了一种纳米纤维素石墨烯量子点高敏湿度传感器及其绿色制备工艺，包括：由纳米纤维素、石墨烯量子点、聚二甲基硅氧烷按比例混合制得的多孔复合湿敏膜，所述多孔复合湿敏膜构成感应面；涂覆在多孔复合湿敏膜侧部的聚二甲基硅氧烷层；通过聚二甲基硅氧烷层粘附至多孔复合湿敏膜侧部的柔性电极；连接至柔性电极的导线。本发明的湿度传感器具有的传感介质层是由纳米纤维素、石墨烯量子点、聚二甲基硅氧烷所制备的多孔复合湿敏膜，纳米纤维素和石墨烯量子点相互交错结合，形成柔性大比表面积的三维多孔网络结构，并且聚二甲基硅氧烷提高多孔网络结构的稳定性，从而有效促进水分子在复合湿敏膜表面传导和渗透，从提高传感器的灵敏度和传感性能。

技术领域

本发明涉及生物质纳米材料技术领域，更具体地说，本发明涉及一种高灵敏柔性三维多孔性、传感灵敏、湿度检测精度高的纳米纤维素石墨烯量子点高敏湿度传感器及其绿色制备工艺。

背景技术

在工业智能生产、危险品储藏运输、农林育种、可穿戴智能电子设备、气象遥感测试、文物保护、健康监测等领域，所使用的湿度传感器要求具有较高的精度和灵敏度、更快的响应/恢复行为以及良好的长期使用稳定性。

纳米纤维素具有良好的稳定性、生物相容性、柔韧性以及优异的自组装性能，其分子链表面有大量的含氧基团，表现出较高的亲水性，是一种理想的湿敏材料。现有报道的技术中采用纳米纤维素和氧化石墨烯复合材料制备湿度传感器，其湿度测试范围可达到25～85％RH，其相对电容随着湿度变化呈一定的变化趋势，并且在进行湿度测试时与商用的湿度计所测量的湿度变化趋势相差不大，但湿滞性较大和响应时间较长。石墨烯量子点作为石墨烯衍生物，表面也具有丰富的含氧基团和较大的表面积，已应用于制备新型传感材料。现有相关研究提出采用旋涂法制备氧化石墨烯量子点湿度传感器，可实现亚秒级响应，但湿敏膜的附着性不高，易受到外界环境因素的干扰，进而影响湿度传感器的响应灵敏性。此外，也有研究采用叉指电极应用于组装湿度传感器，但是由于制备工艺繁琐，且电极上的金属膜易被氧化从而削弱其导电性能，进而影响长期测试稳定性。因此，有必要进一步优化湿敏材料的结构和性能，开发新型柔性电极材料，促进其应用于柔性可穿戴器件等，拓宽生物质纳米材料的应用领域。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明的另一个目的是提供一种高灵敏度、传感性能优异、性能稳定的纳米纤维素石墨烯量子点湿度传感器。

为了实现本发明的这些目的和其它优点，本发明提供一种纳米纤维素石墨烯量子点高敏湿度传感器，包括：

由纳米纤维素、石墨烯量子点、聚二甲基硅氧烷按比例混合制得的多孔复合湿敏膜，所述多孔复合湿敏膜构成感应面；

涂覆在多孔复合湿敏膜侧部的聚二甲基硅氧烷层；

通过聚二甲基硅氧烷层粘附至多孔复合湿敏膜侧部的柔性电极；

连接至柔性电极的导线。

上述方案中，湿度传感器具有的传感介质层是由纳米纤维素、石墨烯量子点、聚二甲基硅氧烷所制备的多孔复合湿敏膜，纳米纤维素和石墨烯量子点相互交错结合，形成柔性大比表面积的三维多孔网络结构，并且聚二甲基硅氧烷提高多孔网络结构的稳定性，从而有效促进水分子在复合湿敏膜孔隙表面传导和渗透，从而提高传感器的灵敏度和传感性能。

优选的是，所述的纳米纤维素石墨烯量子点高敏湿度传感器中，所述纳米纤维素为纳米纤丝纤维素、纤维素纳米晶以及细菌纤维素中的一种或多种；

所述石墨烯量子点为石墨烯量子点和氧化石墨烯量子点中的一种或多种。

优选的是，所述的纳米纤维素石墨烯量子点高敏湿度传感器中，所述的柔性电极为纳米纤维素碳纳米管复合膜，厚度为0.01～0.1mm；方阻为20～390Ω/□。