[发明专利]一种高强高韧柔性传感纤维复合膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强高韧柔性传感纤维复合膜及其制备方法，包括以下步骤:步骤1、将热塑性聚乙烯醇溶液与硼砂溶液按一定比例混合，在磁力搅拌器中进行搅拌分散，制得其二元混合分散液；步骤2、将柔性传感纤维膜浸渍于该分散溶液中，所得产物置于烘箱中干燥固化，制得高强高韧柔性传感纤维复合膜。本发明方法制备的柔性传感纤维复合膜兼具高强高韧性，制备工艺简单，可大规模生产，且能够实现对湿敏性、应力应变、温敏性、pH敏感性等多重传感需求，可广泛应用与可穿戴电子设备，柔性传感织物中。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，具体涉及一种高强高韧柔性传感纤维复合膜及其制备方法。

背景技术

随着科技的进步，人们对于高质量生活的要求，基于柔性可穿戴设备的研究与日俱增。柔性应变传感器作为柔性电子器件的核心部件，在电子皮肤和人体健康监测领域具有广阔的应用前景。近年来，人们致力于开发柔性、可伸缩和高灵敏因子的传感材料，以实现可穿戴传感器的广泛应用。湿度传感器在工业、农业、智能家居、医疗保健等诸多领域得到了越来越多的应用,除了能够感知测量，这些设备的基本特征是与系统的机械兼容性(例如纺织产品)，低响应时间和滞后，重量轻，在重复使用时具有良好的稳定性和鲁棒性。一般来说，可穿戴电子设备需要连续湿度传感性，具体来说，需要开关式湿度传感，以监测大气或个人周边空间的湿度水平。

聚合物基湿敏材料因其制备简单、价格低廉、灵敏度高、响应速度快而备受关注。与大多数报道的基于聚合物的开关型传感材料相比，碳纳米管(CNTs)由于其稳定性、高导电性和对水汽掺杂的敏感性，对湿度传感很有吸引力,基于CNT的湿度传感材料总体上更敏感、更稳定。但是，碳纳米管为纳米材料，很容易产生团聚效应，导致复合和加工困难，存在一定的局限性。此外，在实际应用中，制备工艺简单、成本低、较高的灵敏度是主要要求。因此，探索能够解决这些问题的新型湿度传感器一直是当务之急。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强高韧柔性传感纤维复合膜及其制备方法，以碳纳米管膜为原料，通过与聚乙烯醇聚合物/硼砂混合溶液复合浸渍，从而获得具有高强高韧柔性传感纤维复合膜。

为达成上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高强高韧柔性传感纤维复合膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、将热塑性聚合物聚乙烯醇溶液与硼砂溶液按一定比例混合，在磁力搅拌器中进行搅拌分散，制得其二元混合分散液；

步骤2、将柔性传感纤维膜浸渍于步骤1制得的二元混合分散液中，所得产物置于60℃烘箱中干燥固化，制得高强高韧柔性传感纤维复合膜。

如上所述，二元混合分散液涂层通过氢键及共价键的协同作用对纤维复合膜起到增韧和增强作用。

优选地，所述步骤1中热塑性聚合物聚乙烯醇，聚合度为1750，醇解度为88％，密度为1.27g/cm³。

优选地，所述热塑性聚合物溶液的溶剂为水、二甲亚砜中的一种或多种。

优选地，所述硼砂溶液中溶剂为水、甘油中的任意一种或多种。

优选地，所述热塑性聚合物与硼砂的质量比为1:1～4。

优选地，所述热塑性聚合物溶液的浓度为1～5wt％；所述硼砂溶液的浓度为0.1mol/L。

优选地，步骤2中所述柔性传感纤维膜与二元混合分散液进行复合的具体工艺为：采用静止浸渍法将柔性传感纤维膜浸渍到二元混合分散液中30～60min。

优选地，步骤2中柔性传感纤维膜的材料选自碳纳米管膜、巴基纸、石墨烯膜中的一种或多种。

优选地，步骤2的复合过程中，使柔性传感纤维膜保持平铺状态，从而二元混合分散液均匀复合柔性传感纤维膜，使其保持稳定的灵敏性。

本发明还提供上述制备方法制得的一种高强高韧柔性传感纤维复合膜。