一种银纳米线修饰的柔性纤维传感器电极的制备方法技术

本发明专利技术涉及传感器领域，公开了一种银纳米线修饰的柔性纤维传感器电极的制备方法，通过溶液混合法制备柔性导电纤维，其中以苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物（苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物）为柔性基底，以聚3,4‑乙烯二氧噻吩‑聚苯乙烯磺酸‑石墨烯为导电材料，并以银纳米线修饰电极，得到一种基于银纳米线修饰的苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯/石墨烯/聚3,4‑乙烯二氧噻吩‑聚苯乙烯磺酸的柔性纤维传感器电极。本发明专利技术传感器电极可应用于医疗生物监测，环境和卫生监测等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种银纳米线修饰的柔性纤维传感器电极的制备方法
本专利技术涉及传感器领域，尤其涉及一种银纳米线修饰的柔性纤维传感器电极的制备方法。
技术介绍
传感器是人类自身对自然界各种感觉信息的探知，能够对不同信号和感知信息转化为可数字化、智能化的重要器件。在人类文明信息技术高速发展的过程中，传感器起到了越来越重的作用，是人类探索未知世界，同时也是人类了解现实世界，观察周边信息的重要手段之一。传感器是一种能把电、光、温度以及化学作用等非电学信号转化为电学信号的可调控的元器件。石墨烯是一类新的碳二维纳米轻质材料，具有独特的单原子层二维晶体结构，大量的研究结果表明石墨烯具有已知材料最高的强度，大的比表面积比，优异的导电性和导热性等优异的性质，这些优异的性质也决定了它在诸如复合材料，电子器件，太阳能等诸多领域有着广泛的应用前景。现有技术中多数是将导电材料复合到铂碳电极上，复合材料比较单一，导电性能不佳，存在缺陷，且不具有柔性，不能用于可穿戴设备，即不能更好的发挥传感器的实用价值。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种银纳米线修饰的柔性纤维传感器电极的制备方法。本专利技术以苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物为薄膜柔性基底，将聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸与石墨烯进行复合得到柔性透明的导电薄膜，再将银纳米线进行修饰，为其在柔性传感器的应用开辟新径，与传统传感器相比具有更加优异的检测性能。本专利技术的具体技术方案为：一种银纳米线修饰的柔性纤维传感器电极的制备方法，包括如下步骤：（1）油性成膜溶液的配制：取苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物添加到三氯甲烷溶液中，搅拌后静置，使苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物完全溶解，得到油性成膜溶液，待用。苯乙烯-丁二烯-苯乙烯树脂兼有塑料和橡胶的特性，可以和水、弱酸、碱等接触，具有优良的拉伸强度，表面摩擦系数大，低温性能好，电性能优良，加工性能好等优点。（2）球磨法制备石墨烯：在球磨罐中加入石墨粉和湿介质进行球磨，旋转托盘转速为2800-3200rpm，球磨时间为40-50h，开罐取出石墨烯加入盐酸清洗除去产物中多余杂质，在用去离子水洗净，冷冻干燥，得到固体石墨烯。球磨法是一种机械剥离技术，绿色环保，操作简单，低成本。避免了由于氧化还原法使用强酸和水合肼等还原剂对实验操作人员和环境造成的潜在危害。（3）聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸-石墨烯导电复合材料的制备：称取固体石墨烯加入到聚苯乙烯磺酸溶液中，超声分散，然后加入3,4-乙烯二氧噻吩单体，并在搅拌条件下逐滴加入三氯化铁溶液，继续搅拌反应10-14h，离心分离所得的墨绿色浆液，并分别用无水乙醇和蒸馏水反复清洗多次至洗涤液无色，收集固体，70-80℃下真空干燥10-14h，得到聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸-石墨烯导电复合材料。聚3,4-乙烯二氧噻吩作为聚噻吩的衍生物，具有分子结构简单、能隙小、电导率高和透明度高等特点。为解决聚3,4-乙烯二氧噻吩的不溶不熔性，聚苯乙烯磺酸被引入聚3,4-乙烯二氧噻吩,形成了分散性和加工性良好的聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸悬浮液，聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸水溶液具有良好的成膜性和环境稳定性。将石墨烯加入到聚苯乙烯磺酸溶液中，超声分散，其目的是为了使石墨烯功能化，将聚苯乙烯磺酸钠负载与石墨烯上，并以功能化的石墨烯为载体原位聚合聚3,4-乙烯二氧噻吩，使其相互紧密结合。通过聚合的方法得到聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸-石墨烯复合材料由于是通过化学键的作用相互结合在一起，大大提高了电子的迁移速率，比将聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸溶液与石墨烯简单的物理混合导电性能要优越很多。将石墨烯和聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸掺杂在一起以得到导电性能优加的材料，并以苯乙烯-丁二烯-苯乙烯为柔性塑料基底，得到性能十分优越的柔性透明导电薄膜，可作为可穿戴生物传感器电极，具有十分广阔的应用前景。（4）水性导电溶液的配制：将步骤（3）得到的聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸-石墨烯导电复合材料添加到水中，超声分散，得到水性导电溶液，待用。（5）高分子导电纤维的制备：将步骤（4）的水性导电溶液和步骤（1）的油性成膜溶液进行混合，并用进行超声处理，从而得到混合均一的水油（W/O）导电溶液，取导电混合液倒入特制的模具中，放置20-30h后，自然干燥，取出导电纤维并烘干。（6）柔性纤维传感器电极的制备：将步骤（5）得到的高分子导电纤维裁剪为小段。（7）银纳米线的制备：将丙三醇加入500mL三口烧瓶中，加入5-6gPVP，升温至55-65℃并机械搅拌直至PVP完全溶解；待体系温度降至室温后，加入1-2g硝酸银，搅拌至完全溶解；然后加入含有56-60mg氯化钠和0.3-0.7mL水的丙三醇溶液8-12mL，在搅拌下持续搅拌并加热，当温度达到设定值后关闭加热，降至室温；加入同体积的水，静置过夜后倒去上层清液，用异丙醇再对溶液底部的沉淀物进行分散，然后将溶液在离心处理，重复数次，得到分散在异丙醇溶液中的银纳米线。PVP为表面活性剂，丙三醇为溶剂和还原剂，还原性比乙二醇更高，制得的银纳米线产量更高。用异丙醇进行离心除去杂质和未反应的PVP。（8）银纳米线修饰的柔性纤维传感器电极的制备：用氧等离子体处理裁剪后的高分子导电纤维表面，然后将高分子导电纤维侵入含有银纳米线的异丙醇溶液中，在室温下干燥，得到银纳米线修饰的柔性纤维传感器电极。由于柔性纤维经过等离子体处理，使银纳米线能够吸附在纤维表面，因异丙醇易挥发，经过几个小时的挥发后银纳米线便完全吸附在纤维表面。作为优选，步骤（1）中，所述油性成膜溶液中苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的质量分数为5-20%。作为优选，步骤（2）中，所述湿介质为二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、表面活性剂水溶液、干冰其中的一种。由于二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、表面活性剂水溶液等为有机溶剂和介质，有一定的毒性，且剥离程度低，同时球磨介质由于高能量导致的分解，在球磨过程中球磨溶剂和介质的分解无法避免，导致碎片化和缺陷，从而引进的缺陷和杂质也不可控。干冰一方面可提高剥离效率，另一方面可减小石墨烯尺寸，同时引进杂质可控。作为优选，步骤（3）中，石墨烯与聚苯乙烯磺酸、聚3,4-乙烯二氧噻吩、氯化铁的质量比为1-2:1-2:1-3:1-3。作为优选，步骤（4）中，超声分散的时间为25-35min，水性导电溶液中聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸-石墨烯的质量分数为5-20%。作为优选，步骤（5）中，水性导电溶液和油性成膜溶液的重量比为0.1-1:1；超声处理时间为10-20min；所述模具为一长体钢板，钢板中心加工有一纤维形状的凹槽，凹槽长25-35cm，直径2.5-3.5mm，干燥温度为65-75℃，干燥时间为1.5-2.5h。作为优选，步骤（6）中，裁剪后的高分子导电纤维的长度为7-9mm。作为优选，步骤（7）中，丙三醇的体积为180-200mL，加热的温度200-220℃，水的体积为180-200mL，离心速率为5000-7000rpm/min，离心时间为8-12min。作为优选，步骤（8）中，室温下干燥的时间至少为5h。与现有技术对比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种银纳米线修饰的柔性纤维传感器电极的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）油性成膜溶液的配制：取苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物添加到三氯甲烷溶液中，搅拌后静置，使苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物完全溶解，得到油性成膜溶液，待用；（2）球磨法制备石墨烯：在球磨罐中加入石墨粉和湿介质进行球磨，旋转托盘转速为2800‑3200rpm，球磨时间为40‑50h，开罐取出石墨烯加入盐酸清洗除去产物中多余杂质，在用去离子水洗净，冷冻干燥，得到固体石墨烯；（3）聚3,4‑乙烯二氧噻吩‑聚苯乙烯磺酸‑石墨烯导电复合材料的制备：称取固体石墨烯加入到聚苯乙烯磺酸溶液中，超声分散，然后加入3,4‑乙烯二氧噻吩单体，并在搅拌条件下逐滴加入三氯化铁溶液，继续搅拌反应10‑14h，离心分离所得的墨绿色浆液，并分别用无水乙醇和蒸馏水反复清洗多次至洗涤液无色，收集固体，70‑80℃下真空干燥10‑14h，得到聚3,4‑乙烯二氧噻吩‑聚苯乙烯磺酸‑石墨烯导电复合材料；（4）水性导电溶液的配制：将步骤（3）得到的聚3,4‑乙烯二氧噻吩‑聚苯乙烯磺酸‑石墨烯导电复合材料添加到水中，超声分散，得到水性导电溶液，待用；（5）高分子导电纤维的制备：将步骤（4）的水性导电溶液和步骤（1）的油性成膜溶液进行混合，并用进行超声处理，从而得到混合均一的水油（W/O）导电溶液，取导电混合液倒入特制的模具中，放置20‑30h后，自然干燥，取出导电纤维并烘干；（6）柔性纤维传感器电极的制备：将步骤（5）得到的高分子导电纤维裁剪为小段；（7）银纳米线的制备：将丙三醇加入500mL三口烧瓶中，加入5‑6gPVP，升温至55‑65℃并机械搅拌直至PVP完全溶解；待体系温度降至室温后，加入1‑2g硝酸银，搅拌至完全溶解；然后加入含有56‑60mg氯化钠和0.3‑0.7mL水的丙三醇溶液8‑12mL，在搅拌下持续搅拌并加热，当温度达到设定值后关闭加热，降至室温；加入同体积的水，静置过夜后倒去上层清液，用异丙醇再对溶液底部的沉淀物进行分散，然后将溶液在离心处理，重复数次，得到分散在异丙醇溶液中的银纳米线；（8）银纳米线修饰的柔性纤维传感器电极的制备：用氧等离子体处理裁剪后的高分子导电纤维表面，然后将高分子导电纤维侵入含有银纳米线的异丙醇溶液中，在室温下干燥，得到银纳米线修饰的柔性纤维传感器电极。...

【技术特征摘要】
1.一种银纳米线修饰的柔性纤维传感器电极的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）油性成膜溶液的配制：取苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物添加到三氯甲烷溶液中，搅拌后静置，使苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物完全溶解，得到油性成膜溶液，待用；（2）球磨法制备石墨烯：在球磨罐中加入石墨粉和湿介质进行球磨，旋转托盘转速为2800-3200rpm，球磨时间为40-50h，开罐取出石墨烯加入盐酸清洗除去产物中多余杂质，在用去离子水洗净，冷冻干燥，得到固体石墨烯；（3）聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸-石墨烯导电复合材料的制备：称取固体石墨烯加入到聚苯乙烯磺酸溶液中，超声分散，然后加入3,4-乙烯二氧噻吩单体，并在搅拌条件下逐滴加入三氯化铁溶液，继续搅拌反应10-14h，离心分离所得的墨绿色浆液，并分别用无水乙醇和蒸馏水反复清洗多次至洗涤液无色，收集固体，70-80℃下真空干燥10-14h，得到聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸-石墨烯导电复合材料；（4）水性导电溶液的配制：将步骤（3）得到的聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸-石墨烯导电复合材料添加到水中，超声分散，得到水性导电溶液，待用；（5）高分子导电纤维的制备：将步骤（4）的水性导电溶液和步骤（1）的油性成膜溶液进行混合，并用进行超声处理，从而得到混合均一的水油（W/O）导电溶液，取导电混合液倒入特制的模具中，放置20-30h后，自然干燥，取出导电纤维并烘干；（6）柔性纤维传感器电极的制备：将步骤（5）得到的高分子导电纤维裁剪为小段；（7）银纳米线的制备：将丙三醇加入500mL三口烧瓶中，加入5-6gPVP，升温至55-65℃并机械搅拌直至PVP完全溶解；待体系温度降至室温后，加入1-2g硝酸银，搅拌至完全溶解；然后加入含有56-60mg氯化钠和0.3-0.7mL水的丙三醇溶液8-12mL，在搅拌下持续搅拌并加热，当温度达到设定值后关闭加热，降至室温；加入同体积的水，静置过夜后倒去上层清液，用异丙醇再对溶液底部的沉淀物进行分散，然后将溶液在离心处理，重复数次，得到分散在异丙醇溶液中的银纳米线；（8）银...

【专利技术属性】
技术研发人员：万军民，丁文凤，胡智文，王秉，彭志勤，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33