[发明专利]一种纳米纤维比色湿度传感器及其制备方法

说明书

一种纳米纤维比色湿度传感器及其制备方法，纳米纤维比色湿度传感器是以聚丙烯腈（PAN）为成纤基体材料，以CoCl₂为变色剂，通过静电纺丝方法在电场力下使静电纺丝在经溶剂挥发后形成纳米尺寸的纤维，在接地的金属滚筒上收集后得到PAN/CoCl₂纳米纤维膜；而后，将此纳米纤维膜作为比色湿敏材料，再利用PET膜及导电胶带最终得到PAN/CoCl₂纳米纤维比色传感器；本发明的聚丙烯腈/氯化钴纳米纤维比色湿度传感器，同时兼具有肉眼直接观测、柔韧性好、稳定性好、响应时间短、量程宽等优点。

技术领域

本发明涉及湿度传感器领域，特别涉及光学式和电阻式湿度传感器。

背景技术

湿度与人们的日常生活和工作有着密不可分的关系，随着科技的进步，湿度传感器在人们的生产生活中发挥越来越重要的作用，已经被广泛应用到气候检测、物品储藏、工业生产、医疗卫生等领域；

目前的传感器主要分为电阻式、电容式、声波式及光学式传感器，采用的湿敏材料主要为电解质、金属氧化物及聚合物等，光学式传感器能够提供肉眼可见的信号，但是目前市场上的传感器一般价格较高，而价格低廉的传感器主要有电阻式及电容式传感器，但是存在着可靠性低、稳定性差、湿度量程窄和响应时间较长等缺点。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种集光学与电阻式于一体的比色湿度传感器的制备方法，以聚丙烯腈（PAN）为成纤材料，氯化钴（CoCl₂）为显色剂，通过静电纺丝法制备得到聚丙烯腈/氯化钴纳米纤维膜，再将纳米纤维膜用双面导电胶带粘于PET膜上，从而得到聚丙烯腈/氯化钴纳米纤维比色湿度传感器。该传感器，不仅仅能够将信号转化为电信号进行输出，还能直接以颜色的形式辨别湿度的变化，方便使用者以肉眼快速的做出判断，并且具有低成本、响应快、稳定性好、测量范围宽等优势。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种纳米纤维比色湿度传感器及其制备方法，其特征在于：纳米纤维比色湿度传感器是以聚丙烯腈（PAN）为成纤基体材料，以CoCl₂为变色剂，通过静电纺丝方法在电场力下使静电纺丝在经溶剂挥发后形成纳米尺寸的纤维，在接地的金属滚筒上收集后得到PAN/ CoCl₂纳米纤维膜；而后，将此纳米纤维膜作为比色湿敏材料，再利用PET膜及导电胶带最终得到PAN/ CoCl₂纳米纤维比色传感器。

进一步的，所述静电纺丝由PAN、CoCl₂和纺丝溶剂N,N-二甲基甲酰胺组成。

进一步的，所述PAN的质量分数为10-20%，CoCl₂的质量分数为10-30%，溶剂的质量分数为70-85%。

进一步的，所述制备方法的具体步骤如下：

（1）配制静电纺丝溶液：分别以PAN粉体和CoCl₂颗粒为溶质，将其加入溶剂N,N-二甲基甲酰胺，搅拌使其充分溶解，然后将两种溶液按照不同比例混合得到最终的PAN/ CoCl₂溶液；

（2）纳米纤维前驱体制备：将静电纺丝溶液置于针筒中，在电场力下使静电纺丝在经溶剂挥发后形成纳米尺寸的纳米纤维；

（3）传感器的制备：将得到的纳米纤维在经过干燥后，然后按照一定的尺寸进行剪裁，采用导电胶带将其粘于PET膜上，得到聚丙烯腈/氯化钴纳米纤维比色湿度传感器。

进一步的，所述步骤（1）中PAN的质量分数为10-20%，CoCl₂的质量分数为10-30%，溶剂的质量分数为70-85%；CoCl₂溶液与PAN溶液的混合体积比介于0.2-0.6之间。