本发明专利技术公开了一种基于纳米纤维素的超弹性高导电多功能气凝胶及其制备方法与应用。该方法包括如下步骤：(1)将壳聚糖粉末溶于乙酸水溶液中，配制CS溶液；将纳米纤维素分散液加水稀释，得到CNF分散液；然后将CS溶液和CNF分散液按质量比混合搅拌均匀后加入尿素，再将获得的混合液经快速单向冷冻和冷冻干燥，得到CNF/CS/尿素复合气凝胶；(2)将CNF/CS/尿素复合气凝胶浸渍到银纳米线乙醇分散液中后取出，干燥，重复此步骤2～5次，得到所述基于纳米纤维素的超弹性高导电多功能气凝胶。本发明专利技术中制备的复合气凝胶具有压缩强度高、压缩循环使用性好、导电性好等特点，因此可将其作为一种优良的可压缩导电材料。良的可压缩导电材料。良的可压缩导电材料。
【技术实现步骤摘要】
一种基于纳米纤维素的超弹性高导电多功能气凝胶及其制备方法与应用
[0001]本专利技术属于生物质资源应用
，特别涉及一种基于纳米纤维素的超弹性高导电多功能气凝胶及其制备方法与应用。
技术介绍
[0002]气凝胶是一种高性能的轻质开孔固体，通常由水凝胶材料发生液
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气交换获得。气凝胶凭借超低密度、高孔隙率、高比表面积、低导热性和生物相容性等优点，已在许多新兴领域(包括生物技术、能源、环境、航空航天和生物医学应用)等方面受到了众多学者的关注。
[0003]最近，为了降低石油基材料对环境的污染，天然高分子聚合物(如纳米纤维素、海藻酸盐、淀粉、壳聚糖等)基气凝胶凭借其良好的机械性能、环境友好、来源广泛等特性受到了广泛的研究与关注。其中，纳米纤维素基气凝胶拥有较低的导热系数、可调的孔隙，以及优异的力学性能，被广泛用于建筑隔热材料(隔热、保温、阻燃、储能等)、药物载体(吸附、催化等)和电子器件(应变传感器、超级电容器等)的功能材料中。由于高比表面积和丰富的官能团，通过冷冻干燥纳米纤维素悬浮液可以制备出超轻纳米纤维素基气凝胶，显示出优异的结构完整性和机械性能。然而，尽管纳米纤维素基气凝胶具有一定的压缩性，可压缩90％以上的应变而不断裂，但压缩后的气凝胶回弹性较差，无法从压缩状态恢复，严重限制了其应用领域。即压缩回弹性能一直是限制纳米纤维素基气凝胶应用的重要因素，特别是从大应变压缩中快速恢复形状的能力在各种应用中至关重要，例如在高灵敏度传感器、水处理、隔热和隔音、空气过滤和储能等方面。因此，如何构建超弹性、高导电性纳米纤维素基气凝胶，对拓宽其应用领域具有重要意义。
技术实现思路
[0004]本专利技术的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于纳米纤维素的超弹性高导电多功能气凝胶的制备方法。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供所述方法制备得到的基于纳米纤维素的超弹性高导电多功能气凝胶。
[0006]本专利技术的再一目的在于提供所述基于纳米纤维素的超弹性高导电多功能气凝胶的应用。
[0007]本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
[0008]一种基于纳米纤维素的超弹性高导电多功能气凝胶的制备方法，包括如下步骤：
[0009](1)将壳聚糖(CS)粉末溶于乙酸水溶液中，配制浓度为质量百分比1～1.2％的CS溶液；将纳米纤维素(CNF)分散液加水稀释，得到浓度为质量百分比1～1.2％的CNF分散液；将CS溶液和CNF分散液按质量比1～3：1～4混合搅拌均匀，然后加入尿素，继续搅拌混合均匀，再将得到的混合液转移至模具中，置于盛有液氮的金属盒侧面进行快速单向冷冻，最后
在
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57
±
2℃、真空压力≤10Pa条件下进行冷冻干燥，得到CNF/CS/尿素复合气凝胶；其中，所述尿素的用量占CS溶液和CNF分散液总质量的0.5～1.0％；
[0010](2)将步骤(1)中得到的CNF/CS/尿素复合气凝胶浸渍到银纳米线(AgNWs)乙醇分散液中后取出，干燥，重复此步骤2～5次，得到CNF/CS/尿素/AgNWs复合气凝胶，即所述基于纳米纤维素的超弹性高导电多功能气凝胶。
[0011]步骤(1)中所述的乙酸水溶液的浓度优选为体积百分比0.5％。
[0012]步骤(1)中所述的CS溶液的浓度优选为质量百分比1％。
[0013]步骤(1)中所述的CNF分散液的浓度优选为质量百分比1％。
[0014]步骤(1)中所述的CS溶液和CNF分散液的质量比优选为1:4。
[0015]步骤(1)中所述的搅拌的时间为1～1.5h；优选为1h。
[0016]步骤(1)中所述的继续搅拌的时间为1～1.5h；优选为1h。
[0017]步骤(1)中所述的尿素的用量优选为占CS溶液和CNF分散液总质量的0.8％。
[0018]步骤(1)中所述的液氮的温度为
‑
196℃。
[0019]步骤(1)中所述的金属盒为铁盒。
[0020]步骤(1)中所述的单向冷冻的时间优选为8
±
1min；优选为8min。
[0021]步骤(1)中所述的冷冻干燥的时间为48
±
24h；优选为48h。
[0022]步骤(2)中所述的银纳米线乙醇分散液的浓度优选为质量百分比0.1
±
0.05％。
[0023]步骤(2)中所述的浸渍的时间优选为60
±
20s。
[0024]步骤(2)中所述的干燥为采用烘箱进行干燥。
[0025]步骤(2)中所述的干燥的温度条件为：60～90℃干燥30min；优选为：60℃干燥30min。
[0026]步骤(2)中所述的重复(即“浸渍
‑
干燥”)的次数优选为2～4次；更优选为3次。
[0027]一种基于纳米纤维素的超弹性高导电多功能气凝胶，通过上述任一项所述的方法制备得到。
[0028]所述的基于纳米纤维素的超弹性高导电多功能气凝胶在制备压力传感器中的应用。
[0029]所述的压力传感器包括压力/应变传感器(应变式压力传感器)。
[0030]一种压力/应变传感器，包括自上而下设置的第一PDMS薄膜、第一电极、上述基于纳米纤维素的超弹性高导电多功能气凝胶(CNF/CS/尿素/AgNWs复合气凝胶)、第二电极和第二PDMS薄膜。
[0031]所述的第一PDMS薄膜和第二PDMS薄膜优选为通过如下方法制备得到：
[0032]将聚二甲基硅氧烷(PDMS)的稀释剂与固化剂混合得到PDMS前驱液，然后将PDMS前驱液消除气泡后倒在表面平整且光滑的玻璃基底上，而后置于烘箱中固化，得到第一PDMS薄膜或第二PDMS薄膜。
[0033]所述的聚二甲基硅氧烷优选为道康宁184PDMS。
[0034]所述的PDMS的稀释剂与固化剂的体积比优选为10:1。
[0035]所述的消除气泡优选为采用高速混合器消除气泡。
[0036]所述的固化的条件优选为：固化温度80
±
5℃，固化时间2h。
[0037]所述的第一PDMS薄膜和第二PDMS薄膜的厚度均为500
±
20μm。
[0038]所述的第一电极和第二电极均为铜电极；进一步优选为铜胶带。
[0039]所述的铜胶带的宽度为8mm，厚度为0.05mm。
[0040]所述的基于纳米纤维素的超弹性高导电多功能气凝胶的厚度为20
±
2mm。
[0041]所述的基于纳米纤维素的超弹性高导电多功能气凝胶和/或所述的压力/应变传感器在传感材料、柔性可穿戴传感器、仿生机器人或医疗实时监测设备中的应用。
[0042]所述的传感材料包括用于传感器或可穿戴电子设备中的活性材料。
[0043]所述的医疗实时监测设备包括用于检测人体肢体运动、脉搏、心率、手指弯曲、本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于纳米纤维素的超弹性高导电多功能气凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将壳聚糖粉末溶于乙酸水溶液中，配制浓度为质量百分比1～1.2％的CS溶液；将纳米纤维素分散液加水稀释，得到浓度为质量百分比1～1.2％的CNF分散液；将CS溶液和CNF分散液按质量比1～3：1～4混合搅拌均匀，然后加入尿素，继续搅拌混合均匀，再将得到的混合液转移至模具中，置于盛有液氮的金属盒侧面进行快速单向冷冻，最后在
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57
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2℃、真空压力≤10Pa条件下进行冷冻干燥，得到CNF/CS/尿素复合气凝胶；其中，所述尿素的用量占CS溶液和CNF分散液总质量的0.5～1.0％；(2)将步骤(1)中得到的CNF/CS/尿素复合气凝胶浸渍到银纳米线乙醇分散液中后取出，干燥，重复此步骤2～5次，得到CNF/CS/尿素/AgNWs复合气凝胶，即所述基于纳米纤维素的超弹性高导电多功能气凝胶。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的单向冷冻的时间为8
±
1min；步骤(1)中所述的冷冻干燥的时间为48
±
24h；步骤(2)中所述的银纳米线乙醇分散液的浓度为质量百分比0.1
±
0.05％；步骤(2)中所述的浸渍的时间为60
±
20s；步骤(2)中所述的干燥的温度条件为：60～90℃干燥30min；步骤(2)中所述的重复的次数为2～4次。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的单向冷冻的时间为8min；步骤(1)中所述的冷冻干燥的时间为48h；步骤(2)中所述的干燥的温度条件为：60℃干燥30min；步骤(2)中所述的重复的次数为3次。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的乙酸水溶液的浓度为体积百分比0.5％。步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：傅丹宁，杨仁党，郭晓慧，程晨，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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