纳米纤维素石墨烯量子点高敏湿度传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种纳米纤维素石墨烯量子点高敏湿度传感器，包括：多孔湿敏膜，其构成传感器的感应面；涂覆在多孔湿敏膜侧部的聚二甲基硅氧烷层；通过聚二甲基硅氧烷层粘附至湿敏膜侧部的柔性电极；连接至柔性电极的导线。本实用新型专利技术使用多孔湿敏膜作为传感器的感应面能够提高传感器的柔韧性和可弯曲性能，柔性电极通过聚二甲基硅氧烷层粘附至湿敏膜侧部，减少柔性电极对传感器柔韧性的影响，同时选用柔性电极能够解决了传统技术中金属电极容易被氧化破坏的问题。容易被氧化破坏的问题。容易被氧化破坏的问题。

【技术实现步骤摘要】
纳米纤维素石墨烯量子点高敏湿度传感器


[0001]本技术涉及生物质纳米材料
，更具体地说，本技术涉及一种使用方便、传感灵敏和耐用的纳米纤维素石墨烯量子点湿度传感器。

技术介绍

[0002]在工业智能生产、危险品储藏运输、农林育种、可穿戴智能电子设备、气象遥感测试、文物保护、健康监测等领域，所使用的湿度传感器要求具有较高的精度和灵敏度、更快的响应/恢复行为以及良好的长期使用稳定性。
[0003]纳米纤维素具有良好的稳定性、生物相容性、柔韧性以及优异的自组装性能，其分子链表面有大量的含氧基团，表现出较高的亲水性，是一种理想的湿敏材料。现有报道的技术中采用纳米纤维素和氧化石墨烯复合材料制备湿度传感器，其湿度测试范围可达到 25～85％RH，其相对电容随着湿度变化呈一定的变化趋势，并且在进行湿度测试时与商用的湿度计所测量的湿度变化趋势相差不大，但湿滞性较大和响应时间较长。石墨烯量子点作为石墨烯衍生物，表面也具有丰富的含氧基团和较大的表面积，已应用于制备新型传感材料。现有相关研究提出采用旋涂法制备氧化石墨烯量子点湿度传感器，可实现亚秒级响应，但湿敏膜的附着性不高，易受到外界环境因素的干扰，进而影响湿度传感器的响应灵敏性。此外，也有研究采用叉指电极应用于组装湿度传感器，但是由于制备工艺繁琐，且电极上的金属膜易被氧化从而削弱其导电性能，进而影响长期测试稳定性。因此，有必要进一步优化湿敏材料的结构和性能，开发新型柔性电极材料，促进其应用于柔性可穿戴器件等，拓宽生物质纳米材料的应用领域。

技术实现思路

[0004]本技术的一个目的是解决至少上述缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
[0005]本技术的另一个目的是提供一种使用方便、传感灵敏和耐用的纳米纤维素石墨烯量子点湿度传感器。
[0006]为了实现本技术的这些目的和其它优点，本技术提供一种纳米纤维素石墨烯量子点高敏湿度传感器，包括：
[0007]多孔湿敏膜，其构成传感器的感应面；
[0008]涂覆在多孔湿敏膜侧部的聚二甲基硅氧烷层；
[0009]通过聚二甲基硅氧烷层粘附至湿敏膜侧部的柔性电极；
[0010]连接至柔性电极的导线。
[0011]上述方案中，使用多孔湿敏膜作为传感器的感应面能够提高传感器的柔韧性和可弯曲性能，柔性电极通过聚二甲基硅氧烷层粘附至湿敏膜侧部，减少柔性电极对传感器柔韧性的影响，同时选用柔性电极能够解决了传统技术中金属电极容易被氧化破坏的问题，提高传感器的耐用性。
[0012]多孔湿敏膜如多孔氧化铝膜、多孔陶瓷膜等，多孔湿敏膜具有柔性大比表面积的
三维多孔网络结构，从而有效促进水分子在复合膜孔隙表面传导和渗透，从而提高传感器的灵敏度和传感性能。
[0013]又比如由纳米纤维素、石墨烯量子点、聚二甲基硅氧烷所制备的纳米纤维素/石墨烯量子点/聚二甲基硅氧烷复合膜就是一种多孔湿敏膜，纳米纤维素、石墨烯量子点相互交错结合，形成具有柔性大比表面积的三维多孔网络结构，并且聚二甲基硅氧烷提高多孔网络结构的稳定性，从而有效促进水分子在复合湿敏膜孔隙表面传导和渗透，从而提高传感器的灵敏度和传感性能。
[0014]优选的是，所述的纳米纤维素石墨烯量子点高敏湿度传感器中，所述纳米纤维素为纳米纤丝纤维素、纤维素纳米晶以及细菌纤维素中的一种或多种；
[0015]所述石墨烯量子点为石墨烯量子点和氧化石墨烯量子点中的一种或多种。
[0016]优选的是，所述的纳米纤维素石墨烯量子点高敏湿度传感器中，所述的柔性电极为纳米纤维素碳纳米管复合膜，厚度为0.01～0.1mm；方阻为20～390Ω/
□
。
[0017]优选的是，所述的纳米纤维素石墨烯量子点高敏湿度传感器中，将抗干扰屏蔽导线通过导电银胶连接至柔性电极上。
[0018]优选的是，所述的纳米纤维素石墨烯量子点高敏湿度传感器还包括：
[0019]橡胶带，其两端设置有扣接件以便扣接成环或扣接至其他设备，沿所述橡胶带的带面设置有多个凹槽，凹槽贯通或不贯通橡胶带，所述凹槽的形状与多孔湿敏膜的形状相匹配以便多孔湿敏膜嵌入凹槽内，且所述凹槽的侧壁还设置有内陷槽以便容纳所述柔性电极，所述凹槽的任一侧设置有线道，所述线道在橡胶带内部沿橡胶带长度方向直线伸延，所述导线从内陷槽穿入线道内并沿线道布置；
[0020]中央处理模块，其埋设在所述橡胶带内部并靠近橡胶带两端的位置，所述中央处理模块包括处理单元和存储单元，所述导线伸延并连接至处理单元；
[0021]接线端，其设置在橡胶带两端用于与其他设备连接，所述接线端与中央处理模块连接。
[0022]上述方案中，把多个传感器集成在橡胶带上，橡胶带可以形成单独的穿戴设备进行使用，也可以配合其他设备如手表使用，简便快捷，可有效解决了传感器的实际应用问题。
[0023]同时，橡胶带上的凹槽与湿敏膜相匹配，导电电极被包容在内陷槽中，减少与外界接触而避免被破坏，提高传感性能的稳定性。
[0024]还有，线道将多个多孔湿敏膜的信号集中传输至中央处理模块，方便中央处理模块采集和存储多个多孔湿敏膜的信号，以获得到更加准确的湿度信息。
[0025]一种纳米纤维素石墨烯量子点高敏湿度传感器的绿色制备工艺，包括以下步骤：
[0026]步骤一、将纳米纤维素和石墨烯量子点配比混合后，进行超声分散得到分散液；将聚二甲基硅氧烷与所得分散液混合均匀得到混合分散液；将所得混合分散液经过真空冷冻干燥制备得到多孔湿敏膜；
[0027]步骤二、将聚二甲基硅氧烷均匀涂覆在多孔湿敏膜的左右两侧，所述多孔湿敏膜上下面形成感应面；
[0028]步骤三、将纳米纤维素碳纳米管复合膜粘贴至所述多孔湿敏膜的左右两侧形成柔性电极；
[0029]步骤四、将用于与外部设备连接的导线连接至柔性电极上，即得到所述纳米纤维素石墨烯量子点高敏湿度传感器。
[0030]上述技术方案中，制备工艺采用了超声分散工艺，增强混合分散液均匀性，以及通过真空冷冻干燥技术促进复合湿敏膜形成三维多孔网络结构。
[0031]优选的是，所述的纳米纤维素石墨烯量子点高敏湿度传感器的绿色制备工艺中，具体包括：
[0032]步骤A、制备浓度为1～50mg/ml的纳米纤维素分散液，浓度为1～20mg/ml的石墨烯量子点分散液；
[0033]步骤B、将所述纳米纤维素分散液和石墨烯量子点分散液分别进行高效超声分散5～60 min，得到均匀的纳米纤维素分散液和石墨烯量子点分散液；
[0034]步骤C、将均匀的纳米纤维素分散液和石墨烯量子点分散液按一定比例混合，在超声功率400～1200W下超声分散20～120min，得到均匀分散的纳米纤维素石墨烯量子点分散液；其中，石墨烯量子点占纳米纤维素和石墨烯量子点两者总干重的0.5～100wt.％；
[0035]步骤D、在所述纳米纤维素石墨烯量子点分散液中加入一定量的聚二甲基硅氧烷，经磁力搅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米纤维素石墨烯量子点高敏湿度传感器，其特征在于，包括：多孔湿敏膜，其构成传感器的感应面；涂覆在多孔湿敏膜侧部的聚二甲基硅氧烷层；通过聚二甲基硅氧烷层粘附至多孔湿敏膜侧部的柔性电极；连接至柔性电极的导线。2.如权利要求1所述的纳米纤维素石墨烯量子点高敏湿度传感器，其特征在于，所述的柔性电极为纳米纤维素碳纳米管复合膜，厚度为0.01～0.1mm；方阻为20～390Ω/
□
。3.如权利要求1所述的纳米纤维素石墨烯量子点高敏湿度传感器，其特征在于，抗干扰屏蔽导线通过导电银胶连接至柔性电极上。4.如权利要求1所述的纳米纤维素石墨烯量子点高敏湿度传感器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁全平，杨雨桐，苏国婷，李启林，朱子飘，刘少冉，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：新型
国别省市：