[发明专利]一种银纳米花/羟丙基甲基纤维素/热塑型聚氨酯复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种银纳米花/羟丙基甲基纤维素/热塑型聚氨酯复合材料的制备方法，以热塑型聚氨酯为基体材料，银纳米花为导电材料，使用羟丙基甲基纤维素将银纳米花制成银纳米花薄膜，将热塑型聚氨酯溶液浇铸在银纳米花薄膜上，由于热塑型聚氨酯溶液的渗透作用制备成热塑型聚氨酯层和银纳米花/羟丙基甲基纤维素/热塑型聚氨酯层双层的复合材料。本发明制备的银纳米花/羟丙基甲基纤维素/热塑型聚氨酯复合材料的拉伸性能好，具有良好的导电性，其在传感性能方面优异，应变和电阻变化率的线性相关性好、灵敏度高、响应快，可以对人体运动进行检测，在可穿戴器件方面具有良好的前景。

技术领域

本发明涉及一种复合材料制备，尤其涉及一种用于应变传感器的银纳米花/羟丙基甲基纤维素/热塑型聚氨酯复合材料的制备方法和应用。

背景技术

近几年来，柔性电子应变传感器的发展非常的迅速，可以用来检测人体的各种活动，比如较大幅度的手指、手腕、胳膊和腿部的弯曲以及较小幅度的脉搏、发声时肌肉的震动等。柔性电子传感器是将生理活动信号转化为可视的电信号，在人体临床诊断、健康评估和监控、虚拟电子、柔性电子皮肤等领域具有较大的应用潜力。

传统的应变传感器是基于金属和半导体材料，其拉伸和敏感性收到了很大的限制，对于人体运动的检测不太适合，如JL Tanner等人制备出了一种铂纳米颗粒的应变传感器，其传感器刚性大，无法适用于可穿戴器件的制备。针对可拉伸应变传感器，近几年来国内外研究员从基体材料、填料选择和制备工艺方面进行了广泛的研究，对于将金属纳米粒子或纳米线和碳材料分散在聚合物基体中的方法存在一定的问题：一方面，加入基体中的高浓度导电材料会降低聚合物基体材料的拉伸性能；另一方面，由于聚合物基体对导电材料的包裹，致使导电性差。此外，对于将金属纳米粒子或纳米线和碳材料负载在聚合物基体表面的方法存也在一定的问题。在对传感器进行拉伸时，导电材料很容易会从聚合物基体的表面脱落，导致传感器不稳定。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种具有良好力学性能、导电性能和稳定性的银纳米花/羟丙基甲基纤维素/热塑型聚氨酯复合材料的制备方法。

技术方案：本发明的一种银纳米花/羟丙基甲基纤维素/热塑型聚氨酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将柠檬酸钾溶液微量滴加在硝酸银溶液里并超声处理，然后在室温下加入氨水至溶液变澄清，再加入硼酸溶液控制溶液为中性，之后加入抗坏血酸溶液继续反应，反应结束后通过真空过滤收集银纳米花并在真空干燥箱干燥；

步骤二、将羟丙基甲基纤维素均匀分散在水中，然后加入银纳米花搅拌并使用探针超声，得到银纳米花的分散液，最后通过真空干燥箱对银纳米花的分散液进行真空处理，然后进行干燥得到羟丙基甲基纤维素/银纳米花混合膜；

步骤三、将热塑型聚氨酯溶液倾倒在银纳米花/羟丙基甲基纤维素混合膜上，经过干燥得到银纳米花/羟丙基甲基纤维素/热塑型聚氨酯复合材料。

上述的方案中，采用羟丙基甲基纤维素可使银纳米花在水中具有较好的分散性，这是因为羟丙基甲基纤维素中的羟基对银具有较高的亲和力，所以羟丙基甲基纤维素可以和银纳米花的表面相互作用，可使银纳米花在水中具有较好的分散性；同时，采用热塑型聚氨酯作为基底材料，由于热塑型聚氨酯的流动特性，从而可以渗透至羟丙基甲基纤维素/银纳米花混合膜的空隙内，从而可以将分布在混合膜上的银纳米花进行固定，由于银纳米花本身具有较好的分散性能，从而使得热塑型聚氨酯不会完全包覆在银纳米花的表面，银纳米花可以充分接触进而提高了其导电性能，而渗透后的热塑型聚氨酯与银纳米花/羟丙基甲基纤维素混合膜结合成一个整体，可以为羟丙基甲基纤维素/银纳米花混合膜提供良好的拉伸性能，在拉伸过程中作为导电层的银纳米花不会因为外力的作用而移动或脱落，进而大幅增大了整体的稳定性。

进一步的，所述步骤二中，每10mL的水中加入0.005～0.02g的羟丙基甲基纤维素和0.3～0.6g的银纳米花。