[发明专利]一种多级核壳结构ZnO/PVDF纳米纤维柔性压电传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多级核壳结构ZnO/PVDF纳米纤维柔性压电传感器及其制备方法，该方法主要通过静电纺丝技术制备取向均一的PVDF纳米纤维膜，再通过磁控溅射和水热法沿着PVDF纤维任意曲率表面外延生长ZnO纳米棒，最后通过在纤维膜两侧旋涂Ag纳米线制备柔性电极，通过PU封装成多级核壳结构ZnO/PVDF纳米纤维柔性压电传感器。本发明中多级核壳结构的ZnO/PVDF纳米纤维柔性压电传感器，当PVDF纳米纤维受到形变时，PVDF纳米纤维表面互锁的ZnO纳米棒相互作用产生大量形变产生大量的压电势，从而有效提高压电输出，且具有优异的电性能输出、柔性和透气性。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及到一种多级核壳结构ZnO/PVDF纳米纤维柔性压电传感器及其制备方法。

背景技术

近年来，随着纳米材料和纳米技术的发展，通过可穿戴电子器件进行人体生理监测引起了人们极大的兴趣。基于不同的工作机理，压电式柔性传感器具有快响应、自供能、结构简单等优点，使其具有广泛的应用前景。压电复合材料结合了无机材料的高电性能和聚合物材料的柔性，是一种理想的柔性压电传感器材料。

目前，大量的研究集中在压电复合材料的微/纳米结构设计上，如多孔薄膜，纳米阵列，三角线形和金字塔形薄膜，旨在同时获得良好的电性能和柔性。然而，大多数压电薄膜仍存在低变形、低透气性和低损伤耐受性等缺陷，导致其适用性和兼容性较差，限制了其进一步的应用。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的是提供一种多级核壳结构ZnO/PVDF纳米纤维柔性压电传感器及其制备方法，可有效解决现有技术中存在的低变形、低透气性和低损伤耐受性的问题。

为达上述目的，本发明采取如下的技术方案：

本发明提供一种多级核壳结构ZnO/PVDF纳米纤维柔性压电传感器的制备方法，包括以下过程：通过静电纺丝技术制备取向均一的PVDF纳米纤维膜，再通过水热法沿着PVDF纤维表面外延生长ZnO纳米棒，最后通过旋涂工艺于PVDF纤维两侧制备柔性电极，封装，制得多级核壳结构ZnO/PVDF纳米纤维柔性压电传感器。

本发明中多级核壳结构ZnO/PVDF纳米纤维柔性压电传感器可沿任意曲率的PVDF纤维表面生长，特别地，在PVDF纤维的高曲率表面外延也可实现生长。因此，本发明中多级核壳结构ZnO/PVDF纳米纤维柔性压电传感器对生长表面的曲率并不受任何限制，具有更广的适用性。

进一步地，上述多级核壳结构ZnO/PVDF纳米纤维柔性压电传感器的制备方法，具体包括以下步骤：

S1、PVDF纳米纤维膜的制备：将PVDF(聚偏氟乙烯)加入溶剂中，于50～70℃水浴1～3小时，得到PVDF前驱体溶液；再将PVDF前驱体溶液通过静电纺丝技术制备PVDF纳米纤维膜；

S2、PVDF纳米纤维膜表面ZnO种子层的制备：通过磁控溅射技术于S1所得的PVDF纳米纤维膜表面制备均匀覆盖的ZnO种子层；

S3、水热法生长ZnO纳米棒：将S2所得的表面覆盖有ZnO种子层的PVDF纳米纤维膜浸入到含有0.1M/L乌洛托品和0.1M/L硝酸锌的水溶液中，于80～95℃下生长5.5～7.5h，然后将PVDF纳米纤维膜取出并干燥；

S4、多级核壳结构ZnO/PVDF纳米纤维柔性压电传感器的制备：通过旋涂Ag纳米线于S3所得的PVDF纳米纤维膜两侧制备柔性电极，然后于80～95℃下干燥4～7min，封装，即可制得多级核壳结构ZnO/PVDF纳米纤维柔性压电传感器。

进一步地，S1中PVDF前驱体溶液中PVDF的质量分数为20％～35％。

进一步地，S1中溶剂为丙酮、二甲基乙酰胺(DMAc)、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、甲苯和乙酸乙酯中的至少一种，优选为体积比为1:1的丙酮和二甲基乙酰胺混合溶剂。