一种离子型POSS嵌段共聚物基湿度传感器及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种离子型POSS嵌段共聚物基湿度传感器及制备方法，通过溶剂退火及掺杂多孔CuO方法提高其湿敏性能。该种离子型POSS嵌段共聚物选用本课题组制备得到的倍半硅氧烷接枝甲基丙烯酸甲酯类‑磺化苯乙烯嵌段共聚物，研究了该聚合物的两种拓扑结构星型和蝌蚪型，以及不同嵌段比1:1‑1:3，制备出湿敏性能优异的湿度传感器，并通过溶剂退火，促使其亲疏水相分离，可显著提高湿度敏感材料的耐久性以及机械性能，而多孔CuO的掺杂有利于提高离子型POSS嵌段共聚物基湿度传感器的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种离子型POSS嵌段共聚物基湿度传感器及制备方法
本专利技术属于高分子湿度传感器及制备方法，涉及一种离子型POSS嵌段共聚物基湿度传感器及制备方法。
技术介绍
近年来，各种类型的双亲性聚合物材料被发展出来应用于湿度传感器。目前对于高分子湿度传感器发展的瓶颈在于高湿(>80％RH)下的耐水性能。双亲性聚合物的亲水性基团和水分子之间的强相互作用，易引起亲水性基团的聚集。因而吸附水分子较多时可能引起敏感物质的部分溶解，导致湿敏原件高湿度下不稳定甚至无法正常工作。目前，常通过制备交联结构的湿敏膜来提高湿度传感器的稳定性，但是交联反应通常是在固态条件下进行，对已成膜的聚合物进行结构修饰，反应本身的可控性较差；利用交联反应不容易批量生产平行性好的元件；一些交联反应的反应中心就是极性基团产生的中心，不利于对于聚合物湿敏性能进行控制。POSS嵌段共聚物拥有较强的力学性能、耐热性能以及介电性能，且制备简单，价格低廉，通过溶剂退火，可促使其亲疏水相分离行为，聚合物网络主要以物理缠结而相互贯穿，在水中疏水网络将限制亲水性网络的溶胀，在非极性溶剂中亲水性网络又会限制疏水性网络的溶胀，显著提高湿度敏感材料的耐久性以及机械性能。因此，嵌段共聚物有望成为一种新型的高敏感材料用于湿度传感应用。CuO具有耐高温、化学性能好、价格低及寿命长等优点，多孔结构可以提高其比表面积，掺杂多孔CuO有利于提高离子型POSS嵌段共聚物基湿度传感器的灵敏度。从而获得一种稳定，灵敏的高湿度量程湿度传感器。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种离子型POSS嵌段共聚物基湿度传感器及制备方法，以及不同退火工艺和离子型POSS嵌段共聚物掺杂多孔CuO湿敏传感器的制备。技术方案一种离子型POSS嵌段共聚物基湿度传感器，其特征在于：将离子型POSS嵌段共聚物与N,N-二甲基甲酰胺混合后涂覆在叉指电极上形成湿度传感器；所述离子型POSS嵌段共聚物具有感湿特性，其拓扑结构包括星型POSS-g-[PMMA-b-SPS]8与蝌蚪型POSS-g-PMMA-b-SPS，臂结构为甲基丙烯酸甲酯-磺化苯乙烯嵌段共聚物，嵌段比1:1～1:3；所述N，N-二甲基甲酰胺的浓度范围为0.1～0.5g/ml。在离子型POSS嵌段共聚物与N,N-二甲基甲酰胺混合物中添加多孔CuO，离子型POSS嵌段共聚物与多孔CuO的质量比为4:1～1:1。所述离子型POSS嵌段共聚物与多孔CuO的质量比为4:1，3:1，2:1，1:1。所述甲基丙烯酸甲酯-磺化苯乙烯嵌段共聚物的嵌段比1:1，1:2或1:3。所述星型POSS-g-[PMMA-b-SPS]8与蝌蚪型POSS-g-PMMA-b-SPS的共聚物，以ATRP聚合法合成而制得。所述叉指电极为陶瓷基湿敏电阻型传感器HR-11。一种制备所述任一项离子型POSS嵌段共聚物基湿度传感器的方法，其特征在于步骤如下：步骤1：将离子型POSS嵌段共聚物在N,N-二甲基甲酰胺中溶解，N，N-二甲基甲酰胺的浓度范围为0.1～0.5g/ml；所述离子型POSS嵌段共聚物具有感湿特性，其拓扑结构包括星型POSS-g-[PMMA-b-SPS]8与蝌蚪型POSS-g-PMMA-b-SPS，臂结构为甲基丙烯酸甲酯-磺化苯乙烯嵌段共聚物，嵌段比1:1～1:3；步骤2：将步骤1得到的混合物涂覆在叉指电极表面，在真空干燥箱中于60℃烘干至恒重得到湿敏传感器；步骤3：将得到的湿敏传感器放置在密闭的饱和N,N-二甲基甲酰胺氛围中或者高温环境下，静置2h，得到退火后的湿度传感器。一种制备所述任一项离子型POSS嵌段共聚物基湿度传感器的方法，其特征在于步骤如下：步骤1：将离子型POSS嵌段共聚物和多孔CuO在N,N-二甲基甲酰胺中溶解；所述离子型POSS嵌段共聚物与多孔CuO的质量比为4:1～1:1；所述N，N-二甲基甲酰胺的浓度范围为0.1～0.5g/ml；所述离子型POSS嵌段共聚物具有感湿特性，其拓扑结构包括星型POSS-g-[PMMA-b-SPS]8与蝌蚪型POSS-g-PMMA-b-SPS，臂结构为甲基丙烯酸甲酯-磺化苯乙烯嵌段共聚物，嵌段比1:1～1:3；步骤2：将步骤1得到的混合物涂覆在叉指电极表面，在真空干燥箱中于60℃烘干至恒重得到湿敏传感器；步骤3：将得到的湿敏传感器放置在密闭的饱和N,N-二甲基甲酰胺氛围中或者高温环境下，静置2h，得到退火后的湿度传感器。所述甲基丙烯酸甲酯-磺化苯乙烯嵌段共聚物的嵌段比1:1，1:2或1:3。所述离子型POSS嵌段共聚物与多孔CuO的质量比为4:1，3:1，2:1，1:1。有益效果本专利技术提出的一种离子型POSS嵌段共聚物基湿度传感器及制备方法，通过退火及掺杂多孔CuO工艺提高其湿敏性能。该种离子型POSS嵌段共聚物选用本课题组制备得到的倍半硅氧烷接枝甲基丙烯酸甲酯类-磺化苯乙烯嵌段共聚物，研究了该聚合物的两种拓扑结构星型和蝌蚪型，以及不同嵌段比1:1-1:3，制备出湿敏性能优异的湿度传感器，并通过溶剂退火，促使其亲疏水相分离，可显著提高湿度敏感材料的耐久性以及机械性能，而多孔CuO的掺杂有利于提高离子型POSS嵌段共聚物基湿度传感器的灵敏度。本专利技术提出的一种离子型POSS嵌段共聚物基湿度传感器，通过退火工艺可以提高POSS嵌段共聚物中亲疏水相分离行为，从而提高湿度传感器的耐久性和长期稳定性；离子型POSS嵌段共聚物掺杂多孔CuO后，有利于提高湿度传感器的湿度量程。附图说明图1：为本专利技术通过三种方法得到的离子型POSS嵌段共聚物基湿度传感器的工艺流程图；图1-a：为本专利技术通过退火得到离子型POSS嵌段共聚物基湿度传感器的工艺流程图；图1-b：为本专利技术POSS聚合物与多孔CuO共混比为4:1时，得到离子型POSS嵌段共聚物基湿度传感器的工艺流程图；图1-c：为本专利技术POSS聚合物与多孔CuO共混比为1:1时，得到离子型POSS嵌段共聚物基湿度传感器的工艺流程图；图2：为本专利技术嵌段比为1:1的星型有机-无机杂化POSS接枝甲基丙烯酸甲酯-磺化苯乙烯嵌段共聚物(POSS-g-[PMMA-b-SPS]8)基湿敏元件的湿滞特性曲线。具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：实施实例一：步骤1：取0.05g的嵌段比为1:1的蝌蚪型有机-无机杂化POSS接枝甲基丙烯酸甲酯-磺化苯乙烯嵌段共聚物(POSS-g-PMMA-b-SPS)溶于100uLN,N-二甲基甲酰胺中，取10uL配置好的溶液涂覆在干净的叉指电极表面，在真空干燥箱中于60℃烘干至恒重。将得到的湿敏传感器取出后，放置在密闭的饱和N,N-二甲基甲酰胺氛围中，静置2h，得到退火后的湿度传感器。制备工艺如图1-a所示。步骤2：取0.02g的嵌段比为1:1的蝌蚪型有机-无机杂化POSS接枝甲基丙烯酸甲酯-磺化苯乙烯嵌段共聚物(POSS-g-PMMA-b-SPS)溶于100uLN,N-二甲基甲酰胺中，按照聚合物与CuO重量比4:1的量，加入5mg多孔CuO，将共混溶液放入超声波清洗机混合均匀，取10uL的该分散液涂覆在干净的叉指电极表面，在真空干燥箱中于60℃烘干至恒重，得到掺杂多孔CuO的湿敏传感器。制备工艺如图1-b所示。实施实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子型POSS嵌段共聚物基湿度传感器，其特征在于：将离子型POSS嵌段共聚物与N,N‑二甲基甲酰胺混合后涂覆在叉指电极上形成湿度传感器；所述离子型POSS嵌段共聚物具有感湿特性，其拓扑结构包括星型POSS‑g‑[PMMA‑b‑SPS]8与蝌蚪型POSS‑g‑PMMA‑b‑SPS，臂结构为甲基丙烯酸甲酯‑磺化苯乙烯嵌段共聚物，嵌段比1:1～1:3；所述N，N‑二甲基甲酰胺的浓度范围为0.1～0.5g/ml。

【技术特征摘要】
1.一种离子型POSS嵌段共聚物基湿度传感器，其特征在于：将离子型POSS嵌段共聚物与N,N-二甲基甲酰胺混合后涂覆在叉指电极上形成湿度传感器；所述离子型POSS嵌段共聚物具有感湿特性，其拓扑结构包括星型POSS-g-[PMMA-b-SPS]8与蝌蚪型POSS-g-PMMA-b-SPS，臂结构为甲基丙烯酸甲酯-磺化苯乙烯嵌段共聚物，嵌段比1:1～1:3；所述N，N-二甲基甲酰胺的浓度范围为0.1～0.5g/ml。2.根据权利要求1所述离子型POSS嵌段共聚物基湿度传感器，其特征在于：在离子型POSS嵌段共聚物与N,N-二甲基甲酰胺混合物中添加多孔CuO，离子型POSS嵌段共聚物与多孔CuO的质量比为4:1～1:1。3.根据权利要求1所述离子型POSS嵌段共聚物基湿度传感器，其特征在于：所述离子型POSS嵌段共聚物与多孔CuO的质量比为4:1，3:1，2:1，1:1。4.根据权利要求1所述离子型POSS嵌段共聚物基湿度传感器，其特征在于：所述甲基丙烯酸甲酯-磺化苯乙烯嵌段共聚物的嵌段比1:1，1:2或1:3。5.根据权利要求1或4所述离子型POSS嵌段共聚物基湿度传感器，其特征在于：所述星型POSS-g-[PMMA-b-SPS]8与蝌蚪型POSS-g-PMMA-b-SPS的共聚物，以ATRP聚合法合成而制得。6.根据权利要求1所述离子型POSS嵌段共聚物基湿度传感器，其特征在于：所述叉指电极为陶瓷基湿敏电阻型传感器HR-11。7.一种制备权利要求1或4～6所述任一项离子型POSS嵌段共聚物基湿度传感器的方法，其特征在于步骤如下：步骤1：将离子型POSS嵌段共聚物在N,N-二甲基甲酰胺中溶解，N，N-二甲基甲酰胺的浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈芳，齐梦斐，蔡蓉，马晓燕，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61