[发明专利]透光率随湿度变化的复合材料及其制备方法和可视化湿敏传感膜

说明书

本发明提供了一种透光率随湿度变化的复合材料及其制备方法和可视化湿敏传感膜。该复合材料包括多孔基材和填充在所述多孔基材孔隙内的有机酸。将有机酸引入到多孔基材的微结构孔隙中，当环境湿度变化时，水分子与有机酸之间发生可逆的相互作用，导致有机酸与多孔基材之间的折光指数发生改变，从而实现对环境湿度的可视化监测功能。当含有羟基等极性基团的多孔基材为多孔纤维膜基材时，有机酸与基材的微结构能够交联复合，得到的复合膜材料的强度、贴附性及可视化性能更优，能够用于可视化智能湿度传感领域。

技术领域

本发明涉及智能高分子材料技术领域，尤其涉及一种透光率随湿度变化的复合材料及其制备方法和可视化湿敏传感膜。

背景技术

人类的生存和社会活动与湿度密切相关，在各种传感装置中，湿度传感器被广泛应用于许多关键场景，包括人体呼吸监测、皮肤水合监测、接触/非接触水存在场合(如尿片尿液检测)、伤口治疗和愈合等领域。传统的湿度传感器通常由导电电极和湿敏材料构成，当其与水分子发生相互作用时会导致电阻或电容等电气特性在不同湿度或含水量水平下的变化，最终以电信号的形式来显示环境湿度的改变。

虽然目前的湿度传感器可以在灵敏度、响应性及响应区间上进行多重选择，但纤维基或者纺织品类的柔性可穿戴及可贴附式的湿度传感器很少，且大多是非柔性的。此外，在制备过程中要通过将导电材料与湿敏材料进行完美复合制备得到，存在制备工艺复杂、电学稳定性差、外接导线等装置难以在可穿戴服装中应用、响应过程不能通过颜色或透明度的变化来直接可视化智能显示等问题，限制了其在智能传感领域中的应用。因此，设计出对环境友好、可简单快速制备，且能直观通过视觉来观察湿度改变的易可贴式的可视化智能湿度传感材料尤为重要。

有鉴于此，有必要设计一种改进的透光率随湿度变化的复合材料及其制备方法和可视化湿敏传感膜，以解决上述问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种透光率随湿度变化的复合材料及其制备方法和可视化湿敏传感膜。将有机酸引入到多孔基材的微结构孔隙中，当环境湿度变化时，水分子与有机酸之间发生可逆的相互作用，导致有机酸与多孔基材之间的折光指数发生改变，从而实现对环境湿度的可视化监测功能。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种透光率随湿度变化的复合材料，包括多孔基材和填充在所述多孔基材孔隙内的有机酸，所述复合材料的透光率随湿度的变化能够发生可逆性变化。

作为本发明的进一步改进，所述多孔基材为多孔膜基材，所述多孔膜基材的孔隙率为60％-90％；孔径为30nm-460nm。

作为本发明的进一步改进，所述多孔膜基材为厚度在20μm-80μm之间的多孔纤维膜基材。

作为本发明的进一步改进，所述多孔纤维膜基材的材质为聚乙烯-乙烯醇(PVA-co-PE)纤维、纤维素纤维、PLA纤维、聚烯烃弹性体纤维、聚酯纤维中的一种或几种。

作为本发明的进一步改进，所述多孔纤维膜基材纤维的直径为50nm-500nm。

作为本发明的进一步改进，所述有机酸为柠檬酸、草酸、羟基乙酸、氨基磺酸中的一种或多种。

为实现上述发明目的，本发明还提供了一种透光率随湿度变化的复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1.制备多孔膜基材；

S2.将步骤S1制备的所述多孔膜基材在有机酸溶液中浸渍预设时间后取出，得到复合膜材料；

S3.将步骤S2所述复合膜材料进行热处理，即得到所述透光率随湿度变化的复合材料。

作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述多孔膜基材通过静电纺工艺直接纺丝成网制得、配置成纳米纤维悬浮液后通过高压喷枪喷涂法或者溶液沉积法获得或者通过熔喷法得到。