湿度响应双层复合纳米纤维膜的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种湿度响应双层复合纳米纤维膜的制备方法及其应用。属于湿度传感材料领域，其准备方法是：将醋酸纤维素溶解在醋酸中作为纺丝前驱液；通过静电纺丝工艺，保持在电压为25kV，温度为30℃左右，湿度为20％以下的条件下，制备了具有独特凹槽结构的有序醋酸纤维素(CA)纤维薄膜；然后，通过快速气相沉积将Al导电层紧紧地涂覆在CA薄膜的背面，通过裁减得到湿度响应双层复合纳米纤维膜；本发明专利技术制备的湿度响应双层复合纳米纤维膜柔韧性高、导电性良好、对湿度响应敏感且可控，可用于穿戴式医疗器件和智能控制等领域。

【技术实现步骤摘要】
湿度响应双层复合纳米纤维膜的制备方法及其应用
本专利技术属于湿度传感材料领域，涉及一种具有高度可控性的非接触式湿度响应双层复合纳米纤维膜的制备方法及其应用。
技术介绍
湿度检测在工业、农业及环境领域有着十分重要的作用。目前的湿敏薄膜主要有半导体氧化物、高分子聚合物等材料，存在对湿度的响应较慢、响应变化不够显著、响应不可控等缺点，难以适应复杂的环境条件。因此，迫切需要专利技术一种湿度响应可控、响应变化敏感、可多次使用，并能应用于多种实际环境中的湿敏薄膜。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种湿度响应双层复合纳米纤维膜的制备方法及其应用，通过静电纺丝工艺制备了具有独特凹槽结构的有序醋酸纤维素(CA)纤维薄膜，它可以表现出优异的湿度敏感性；通过快速气相沉积将Al导电层紧紧地涂覆在CA薄膜的背面，使其同时保持高柔韧性和稳定的导电性；其在受湿情况下具有敏感可控的可变形性，且在干燥环境可以较高速率恢复至原本的形状；其湿度响应过程具有可重复性。它可以通过非接触方式以稳定的信号输出来检测薄膜附件的湿度，这在智能控制和可穿戴式医疗器件领域有很广泛的应用前景。本专利技术的技术方案是：湿度响应双层复合纳米纤维膜的制备方法，具体步骤如下：步骤(1.1)、配制15wt.％-20wt.％的含醋酸纤维素的醋酸溶液，在37℃的恒温下搅拌溶解，从而得到前驱体溶液；步骤(1.2)、利用静电纺丝装置，将得到的前驱体溶液制成醋酸纤维素薄膜；步骤(1.3)、在真空室中，使用铝靶在高纯度氩气和氮气的混合气体中通过气相沉积装置将铝靶气相沉积在醋酸纤维素薄膜上，从而得到醋酸纤维素/铝双层复合纳米纤维膜；步骤(1.4)、将得到的醋酸纤维素/铝双层复合纳米纤维膜裁减成0.25cm×1.0cm的长方形状，从而得到具有湿度响应功能的湿度响应双层复合纳米纤维膜。进一步的，在步骤(1.1)中，所述醋酸纤维素的分子量为30000。进一步的，在步骤(1.2)中，所述的静电纺丝装置包括注射器、电源及滚筒；所述注射器一端的金属针头通过有线线路连接在电源上，所述滚筒通过有线线路连接在电源上；其中，所述注射器的金属针头与滚筒之间的距离为10-15cm，其液体流速为0.5-4mL/h，电压为25kV，滚筒的转速为2000rpm·min-1，环境温度为25℃，湿度≤30wt.％，纺丝时间为15min。进一步的，在步骤(1.3)中，所述真空室的压力为10-3Pa，氩气和氮气的浓度为99.9999％，铝靶气相沉积的速率为50nm·min-1；由铝靶气相沉积得到的铝层与醋酸纤维素层厚度比为1:5。进一步的，通过所述湿度响应双层复合纳米纤维膜的制备方法制得的湿度响应双层复合纳米纤维膜。进一步的，所述制得的湿度响应双层复合纳米纤维膜在智能控制领域的应用。进一步的，所述制得的湿度响应双层复合纳米纤维膜在可穿戴医疗器件领域的应用。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过静电纺丝和气相沉积技术所制备的纤维素/铝纳米纤维，提供了一种湿度响应双层复合纳米纤维膜的制备方法及其应用；本专利技术制备的具有湿度响应功能的湿度响应双层复合纳米纤维膜柔韧性高、导电性良好、对湿度响应敏感且可控，可用于穿戴式医疗器件和智能控制等领域。附图说明图1是本专利技术中湿度响应双层复合纳米纤维膜的制备流程示意图；图2是本专利技术中静电纺丝装置的技术原理示意图；图3是本专利技术中气相沉积的技术示意图；图4是本专利技术中与纤维丝的夹角为45°方向作为长边，把试验测试样品裁成边长为0.25cm×1.0cm的长方形湿度响应双层复合纳米纤维膜受湿变形前后的示意图；图5是本专利技术中湿度响应双层复合纳米纤维膜应用于除湿机的模拟试验图；图6是本专利技术中湿度响应双层复合纳米纤维膜应用于干发仪的模拟试验图。图7是本专利技术中湿度响应双层复合纳米纤维膜应用于可穿戴式手指汗液检测装置的模拟试验图。图8是本专利技术中湿度响应双层复合纳米纤维膜应用于可穿戴式手腕汗液检测装置的模拟试验图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：湿度响应双层复合纳米纤维膜的制备方法，具体步骤如下：步骤(1.1)、配制15wt.％-20wt.％的含醋酸纤维素的醋酸溶液，在37℃的恒温下搅拌溶解，从而得到前驱体溶液；步骤(1.2)、利用静电纺丝装置，将得到的前驱体溶液制成醋酸纤维素薄膜；步骤(1.3)、在真空室中，使用铝靶在高纯度氩气和氮气的混合气体中通过气相沉积装置将铝靶气相沉积在醋酸纤维素薄膜上，从而得到醋酸纤维素/铝双层复合纳米纤维膜；步骤(1.4)、将得到的醋酸纤维素/铝双层复合纳米纤维膜裁减成0.25cm×1.0cm的长方形状，从而得到具有湿度响应功能的湿度响应双层复合纳米纤维膜。进一步的，在步骤(1.1)中，所述醋酸纤维素的分子量为30000。进一步的，在步骤(1.2)中，所述的静电纺丝装置包括注射器、电源及滚筒；所述注射器一端的金属针头通过有线线路连接在电源上，所述滚筒通过有线线路连接在电源上；其中，所述注射器的金属针头与滚筒之间的距离为10-15cm，其液体流速为0.5-4mL/h，电压为25kV，滚筒的转速为2000rpm·min-1，环境温度为25℃，湿度≤30wt.％，纺丝时间为15min；其中，采用金属针头为不锈钢工业实验针，23G针头。进一步的，在步骤(1.3)中，所述真空室的压力为10-3Pa，氩气和氮气的浓度为99.9999％，铝靶气相沉积的速率为50nm·min-1；由铝靶气相沉积得到的铝层与醋酸纤维素层厚度比为1:5。进一步的，通过所述湿度响应双层复合纳米纤维膜的制备方法制得的湿度响应双层复合纳米纤维膜。进一步的，所述制得的湿度响应双层复合纳米纤维膜在智能控制领域的应用。进一步的，所述制得的湿度响应双层复合纳米纤维膜在可穿戴医疗器件领域的应用。实施例1a、采用静电纺丝法制备湿度响应双层复合纳米纤维膜：首先，制备前驱液：将1.7g醋酸纤维素片状固体与8.3mL醋酸混合，在37℃加热搅拌使其完全溶解，得到无色透明的前驱体溶液。其次，将混合均匀的前驱体溶液注入10mL注射器，设定纺丝电压为20kV，保持注射器的金属针头(23G针头)与滚筒之间距离为12.5cm，液体流速为1.5mL/h，在滚筒上固定锡纸来收集纺丝得到醋酸纤维素纳米纤维膜，其中滚筒转速2000rpm·min-1，要求环境温度25℃，湿度不超过20-30％，接收时间15min。在真空室中(10-3Pa)，控制气相沉积的速率为50nm·min-1，使用铝(Al)靶在高纯度氩气(99.9999％)和氮气(99.9999％)的混合气体中通过气相沉积装置将薄Al层气相沉积在醋酸纤维素纳米纤维膜上，以纤维丝的方向作为长边，把试验测试样品裁减成边长为0.25c本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.湿度响应双层复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：/n步骤(1.1)、配制15wt.％-20wt.％的含醋酸纤维素的醋酸溶液，在37℃的恒温下搅拌溶解，从而得到前驱体溶液；/n步骤(1.2)、利用静电纺丝装置，将得到的前驱体溶液制成醋酸纤维素薄膜；/n步骤(1.3)、在真空室中，使用铝靶在高纯度氩气和氮气的混合气体中通过气相沉积装置将铝靶气相沉积在醋酸纤维素薄膜上，从而得到醋酸纤维素/铝双层复合纳米纤维膜；/n步骤(1.4)、将得到的醋酸纤维素/铝双层复合纳米纤维膜裁减成0.25cm×1.0cm的长方形状，从而得到具有湿度响应功能的湿度响应双层复合纳米纤维膜。/n

【技术特征摘要】
1.湿度响应双层复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤(1.1)、配制15wt.％-20wt.％的含醋酸纤维素的醋酸溶液，在37℃的恒温下搅拌溶解，从而得到前驱体溶液；
步骤(1.2)、利用静电纺丝装置，将得到的前驱体溶液制成醋酸纤维素薄膜；
步骤(1.3)、在真空室中，使用铝靶在高纯度氩气和氮气的混合气体中通过气相沉积装置将铝靶气相沉积在醋酸纤维素薄膜上，从而得到醋酸纤维素/铝双层复合纳米纤维膜；
步骤(1.4)、将得到的醋酸纤维素/铝双层复合纳米纤维膜裁减成0.25cm×1.0cm的长方形状，从而得到具有湿度响应功能的湿度响应双层复合纳米纤维膜。


2.根据权利要求1所述的湿度响应双层复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，在步骤(1.1)中，所述醋酸纤维素的分子量为30000。


3.根据权利要求1所述的湿度响应双层复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，
在步骤(1.2)中，所述的静电纺丝装置包括注射器、电源...

【专利技术属性】
技术研发人员：代云茜，杨剑辉，孟祥钰，孙岳明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32