一种制备仿生结构乳胶-导电高分子复合材料的方法和乳胶-导电高分子复合膜及其应用技术

本发明专利技术提供了一种制备仿生结构乳胶‑导电高分子复合材料的方法和乳胶‑导电高分子复合膜及其应用，方法包括将聚(3,4‑乙烯二氧噻吩)‑聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂混合后进行电荷作用，得到仿生结构乳胶‑导电高分子复合材料；聚(3,4‑乙烯二氧噻吩)‑聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂的质量比为0.03～0.18:4.91～4.92:94.90～95.05。复合薄膜单向拉伸率接近340％，厚度只有75至90μm，具有与不同材质的凹凸表面共形贴合的能力；制备的非接触式湿度传感器的灵敏度为‑1.35％/％RH(ΔR/R0)；非接触式温度传感器的灵敏度为‑0.72％/℃(ΔR/R0)。

A Method for Preparing Biomimetic Latex-Conductive Polymer Composites and Latex-Conductive Polymer Composite Membranes and Their Applications

The invention provides a method for preparing bionic structure latex conductive polymer composite material and latex conductive polymer composite film and its application. The method includes mixing poly(3,4_ethylenedioxythiophene)polystyrene sulfonic acid, latex and solvent and conducting charge action to obtain bionic structure latex conductive polymer composite material; poly(3,4_ethylenedioxythiophene)polybenzene. The mass ratio of ethylene sulfonic acid, latex and solvent is 0.03-0.18:4.91-4.92:94.90-95.05. The unidirectional tensile rate of the composite film is close to 340%, and its thickness is only 75 to 90 um. It has the ability to conformally fit concave and convex surfaces of different materials. The sensitivity of the prepared non-contact humidity sensor is 1.35%/% RH (R/R0); and the sensitivity of the non-contact temperature sensor is 0.72%/(R/R0).

【技术实现步骤摘要】
一种制备仿生结构乳胶-导电高分子复合材料的方法和乳胶-导电高分子复合膜及其应用
本专利技术属于非接触式传感器
，尤其涉及一种制备仿生结构乳胶-导电高分子复合材料的方法和乳胶-导电高分子复合膜及其应用。
技术介绍
柔性电子可以适应于复杂曲面环境的特点使其可以突破传统电子器件的使用限制，在电子显示器、薄膜太阳能电池板、射频识别技术以及电子皮肤等领域有着广泛的应用前景。其中，可以全面、多维、准确、有效地捕捉信息，最大限度保证信号质量的柔性传感器是柔性电子的重要组成部分。然而，由于柔性材料性能不足和传感机理不丰富的限制，目前柔性电子传感技术还不能完全满足复杂实际需求，发展用于新型柔性传感器的新原理、新结构、新材料，被视为实现柔性传感器广泛应用的关键突破口。目前为止，如何开发出新型具有远距离、高灵敏、多功能的非接触式传感器，同时传感器件有很好的延展性以及共形贴合能力是限制柔性传感技术发展的一大瓶颈问题。现有构建非接触式传感器的根据作用机制可以分为两大类别，一类是通过导电物质的自身非接触式响应，运用光刻蚀、微纳制造、化学气相沉积以及液相剥离等技术实现材料的超薄化，德国《先进材料》(AdvancedMaterials，2012年第24卷第1969至1974页)首次报道了基于超薄二硫化钒纳米片利用液相剥离的技术制备了灵敏的湿度传感器。但是由于制备成本高、工艺复杂、不具有延展性以及无曲面贴合能力等缺点，限制了其在柔性电子领域的应用；另一类是通过一些功能材料的机械性质改变，从而影响导电物质的电阻或者电容变化，然而由于导电物质在混合过程中需要高含量来实现导电功能，因此很难实现高延展性，同时也无法应用在复杂的表面。为构建新型性能可靠、结构新颖的多功能传感材料，基于自然界生物结构的研究成为解决问题的有效解决方案。印尼金锹甲虫的自隔离网络结构具有优异独特的性能，类似的结构尚未应用到柔性非接触式传感领域，设计合适的材料体系来仿生此类独特结构，以满足实际需求显得迫在眉睫。因此，开发出一种具有优异的共形贴合能力并且柔性可延展的仿生自隔离结构的乳胶/导电高分子复合物的方法具有重要意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种制备仿生结构乳胶-导电高分子复合材料的方法和乳胶-导电高分子复合膜及其应用，该方法制备的复合膜具有较好的力学性能。本专利技术提供了一种制备仿生结构乳胶-导电高分子复合材料的方法，包括以下步骤：将聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂混合后反应，得到仿生结构乳胶-导电高分子复合材料；聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂的质量比为0.03～0.18:4.91～4.92:94.90～95.05。优选地，所述乳胶液选自羧基丁苯乳胶、天然乳胶和硅丙乳胶中的一种或多种。优选地，所述溶剂选自去离子水、乙醇和异丙醇中的一种或多种。优选地，所述反应的温度为20～25℃，反应的时间为25～30min。本专利技术提供了一种用于多功能非接触式传感的仿生结构乳胶-导电高分子复合膜，由上述技术方案所述方法制备的仿生结构乳胶-导电高分子复合材料涂覆在基板模具上后除去溶剂制得。优选地，所述除去溶剂的方式为低温缓慢挥发法。优选地，所述除去溶剂的温度为35～40℃，除去溶剂的时间为8～12小时。优选地，所述基板模具为聚四氟乙烯基板或橡胶基板。本专利技术提供了一种上述技术方案所述仿生结构乳胶-导电高分子复合膜在非接触式传感器中的应用。本专利技术提供了一种制备仿生结构乳胶-导电高分子复合材料的方法，包括以下步骤：将聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂混合后反应，得到仿生结构乳胶-导电高分子复合材料；聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂的质量比为0.03～0.18:4.91～4.92:94.90～95.05。本专利技术采用聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂的混合物，通过电荷相互作用形成一种可延展、具有共形贴合能力的多重刺激响应的仿生自隔离网络结构高分子薄膜。实验结果表明：本专利技术的仿生结构乳胶/导电高分子复合薄膜单向拉伸率接近340％，厚度只有75至90μm，具有与不同材质的凹凸表面共形贴合的能力；采用本专利技术的仿生结构乳胶/导电高分子复合薄膜所制备的非接触式湿度传感器，灵敏度为-1.35％/％RH(ΔR/R0)；采用本专利技术的仿生结构乳胶/导电高分子复合薄膜所制备的非接触式温度传感器，灵敏度为-0.72％/℃(ΔR/R0)；采用本专利技术的仿生结构乳胶/导电高分子复合薄膜所制备的非接触式体感传感器，最大检测距离为12cm，最大响应程度为52％(ΔC/C0)，而且可以实现长时间的稳定性。附图说明图1为本专利技术的实施例1-3制备的不同乳胶导电物质复合膜；图2为本专利技术纯导电物质膜和实施例1、4～7制备的高分子薄膜的基本力学拉伸应力应变曲线；图3为本专利技术实施例1、4～7制备的高分子薄膜的杨氏模量；图4为本专利技术实施例4制备的复合膜对于不同材料的曲面贴合图片；图5为本专利技术实施例4中制备的导电高分子复合膜所制备的湿度传感器中电阻值随湿度的变化以及通过计算得到的湿度灵敏度；图6为本专利技术实施例4中制备的导电高分子复合膜所制备的湿度传感器实时监控不同状态下人体呼吸的时间-电阻变化一次微分曲线；图7为本专利技术实施例4中制备的导电高分子复合膜所制备的温度传感器中电阻值随温度的变化以及通过计算得到的温度灵敏度；图8为本专利技术实施例4中制备的导电高分子复合膜所制备的温度传感器在靠近一杯热水时电阻随时间变化曲线；图9为本专利技术实施例4中制备的导电高分子复合膜所制备的体感传感器中电容值随距离的变化以及通过计算得到的体感灵敏度；图10为本专利技术实施例4中制备的导电高分子复合膜所制备的体感传感器空间感测人手靠近的电容变化。具体实施方式本专利技术提供了一种制备仿生结构乳胶-导电高分子复合材料的方法，包括以下步骤：将聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂混合后反应，得到仿生结构乳胶-导电高分子复合材料；聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂的质量比为0.03～0.18:4.91～4.92:94.90～95.05。本专利技术采用聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂的混合物，它们之间通过电荷相互作用形成一种可延展、具有共形贴合能力的多重刺激响应的仿生自隔离网络结构高分子薄膜。该方法制备的复合材料具有优异的力学性能和电学性能。本专利技术利用聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸和乳胶液等得到的可延展具有共形贴合能力的弹性材料有能力满足新型柔性传感器对于先进材料结构的重大需求。所述共形贴合是指根据本专利技术的方法制备的仿生结构乳胶-导电高分子复合薄膜可以依附在木材、陶瓷、叶片以及塑料等不同材质的复杂表面。在本专利技术中，所述聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸的分子量没有特殊要求；优选采用爱克发材料公司生产的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸。聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸是一种成熟而且价格低廉的导电高分子，其有效地通过电荷相互作用与阴离子聚合的乳胶微球结合形成三维自隔离网络结构的导电弹性体，另外其独特地响应于湿度、温度的性质可以实现器件的多重刺激响应。在本专利技术中，所述乳胶液是通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备仿生结构乳胶‑导电高分子复合材料的方法，包括以下步骤：将聚(3,4‑乙烯二氧噻吩)‑聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂混合后反应，得到仿生结构乳胶‑导电高分子复合材料；聚(3,4‑乙烯二氧噻吩)‑聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂的质量比为0.03～0.18:4.91～4.92:94.90～95.05。

【技术特征摘要】
1.一种制备仿生结构乳胶-导电高分子复合材料的方法，包括以下步骤：将聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂混合后反应，得到仿生结构乳胶-导电高分子复合材料；聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂的质量比为0.03～0.18:4.91～4.92:94.90～95.05。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述乳胶液选自羧基丁苯乳胶、天然乳胶和硅丙乳胶中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶剂选自去离子水、乙醇和异丙醇中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应的温度为20～25℃，反应的时间为25～30min...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐航勋，王志勇，汪韬，张颖，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34