一种湿敏纳米纤维薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性传感器用湿敏纳米纤维薄膜及其制备方法。所述制备方法包括：S1，卤化镍的湿法处理：将卤化镍粉末进行充分研磨后分散于溶剂中，于60

【技术实现步骤摘要】
一种湿敏纳米纤维薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及湿敏膜
，具体涉及一种湿敏纳米纤维薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]在农业、工业生产、气象、人体健康方面，湿度都是必不可少的测量值。可穿戴式柔性湿度传感器在物联网、人机交互领域有着巨大需求，不仅可以用来检测呼吸频率，还可以用来测量皮肤表层湿度。
[0003]现有柔性湿度传感器多以湿敏材料成膜，附于相应的柔性基底构成湿敏膜，再辅以其他电子器件的形式构成。湿敏膜作为传感器的感湿核心，一直是传感器领域的研究重点。
[0004]首先，就构建方式而言，现有的湿敏膜多是通过将湿敏材料以旋涂、气溶胶沉积、磁控溅射，喷涂等方式机械复合于基底材料之上的方式形成。中国专利技术专利公开号CN114894891A通过旋涂技术在聚丙烯腈(PAN)纤维网络上方旋涂一层亲水性海藻酸钠(SA)膜，构建了具有双层网络结构的SA/PAN湿敏薄膜。中国专利技术专利公开号CN111234275A提供了一种基于无机材料掺杂聚酰亚胺的多层湿敏薄膜以及复合湿敏元件，以聚酰亚胺为主体，加入湿敏无机盐复合得到初步复合薄膜，并在薄膜表面涂覆活性炭粉末，获得最终的湿敏薄膜。中国专利技术专利公开号CN112924316A采用喷涂法将制备的壳聚糖和聚吡咯复合湿敏材料喷涂在基底上形成湿敏薄膜。此类湿敏膜虽然湿度响应效果优异，但由于湿敏材料暴露在外，缺乏保护机制，在传感器使用过程中易发生损毁与缺失情况，导致膜与传感器的使用寿命降低。
[0005]其次，就检测机理而言，目前的湿敏膜多是通过膜的电学变化如电阻、电容来反映湿度变化，但同时兼具电学和光学双重反映机制来进行湿度监测的湿敏膜材料尚不多见。
[0006]最后，就湿敏材料而言，如上述现有技术，湿敏膜材料的取材种类多，范围广，包括金属氧化物、聚合物膜，电解质材料等，但将卤化镍作为敏感材料的相关文献报道却寥寥无几。虽然，中国专利技术专利公开号CN113916879A和CN111458381A提出了以卤化镍作为敏感材料，与聚酰亚胺共混成溶液制成平板湿敏膜，但由于敏感材料与有机配体之间界面孔的存在，导致敏感材料容易脱离有机衬底，极大地影响了膜的使用性。此外，由于平板膜的特性，其内部孔隙结构与孔隙率难以控制，导致膜的湿度灵敏特性受限。

技术实现思路

[0007]为解决现有技术存在的问题，本专利技术的一个目的是提供一种湿敏纳米纤维薄膜的制备方法。
[0008]本专利技术的另一目的是提供一种由上述方法制备的湿敏纳米纤维薄膜。
[0009]为此，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]一种湿敏纳米纤维薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0011]S1，卤化镍的湿法处理：将0.5
‑
1.5mmol的卤化镍粉末进行充分研磨后分散于2
‑
3mL溶剂中，于60
‑
75℃磁力搅拌12
‑
36h，得到卤化镍的前驱液，再将所述前驱液通过尼龙针式过滤器过滤出沉淀物，得到卤化镍分散液；其中：所述卤化镍为镍原子和卤素原子结合的二元化合物，选自NiCl2、NiBr2和NiI2中的一种；所述溶剂为DMAC、DMF或水；所述尼龙针式过滤器的过滤膜孔径≤0.45μm；
[0012]S2，纺丝液的制备：配制10％
‑
20wt％的聚合物/溶剂纺丝前驱体溶液；取10
‑
20g所述聚合物/溶剂纺丝前驱体溶液加入到步骤S1得到的卤化镍分散液中，室温条件下磁力搅拌8
‑
15h，制得液喷纺丝液。其中：所述聚合物为热塑性聚氨酯(TPU)、PAN，聚乙烯醇(PVA)等白色或无色、适于液喷纺丝的亲水或疏水有机高分子聚合物；所述溶剂为DMAC、DMF或水等有机或无机无色溶剂；
[0013]S3，液喷纺丝制备湿敏纳米纤维初生膜：采用步骤S2制得的所述液喷纺丝液，通过液喷纺丝方法，制备湿敏纳米纤维初生膜；
[0014]S4，湿敏纳米纤维膜的制备：将所述湿敏纳米纤维初生膜置于烘箱中于50
‑
65℃加热2.5
‑
3.5h，得到所述湿敏纳米纤维薄膜。
[0015]优选的是，在步骤S1中，将所述卤化镍粉末和0.5
‑
1.5mmol的改性剂粉末进行充分研磨后分散于溶剂中，制备所述前驱液和卤化镍分散液，其中，所述改性剂为全氟辛基碘烷(CF3(CF2)7I)、四丁基碘化铵(TBAI)、四甲基碘化铵(C4H
12
IN)、PVA或SiO2。改性剂用于对湿敏纳米纤维膜进行亲水改性。
[0016]优选的是，所述改性剂为四甲基碘化铵，用量为1mmol。
[0017]优选的是，在步骤S1中，所述溶剂为DMAC；所述卤化镍为NiI2。
[0018]优选的是，在步骤S1中，所述磁力搅拌时间为24h。
[0019]优选的是，在步骤S2中，所述聚合物为PAN，所述聚合物/溶剂纺丝前驱体溶液中聚合物的质量分数为12％。
[0020]在步骤S2中，所述溶剂优选为DMAC。
[0021]本专利技术还保护一种由上述制备方法制备的湿敏纳米纤维薄膜。
[0022]本专利技术以高分子聚合物纳米纤维膜为支撑基体，以卤化镍为湿致变色敏感材料，采用液喷纺丝工艺制成具有三维堆砌多孔结构的湿敏纳米纤维薄膜。该湿敏膜可应用于湿度传感器、医学领域呼吸深度检测仪、湿敏防伪标识，食品外包装等领域。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0024]1.本专利技术的湿敏膜采用卤化镍做敏感材料，湿敏特性优异，采用液喷纺丝工艺，生产过程简单，效率高。
[0025]2.本专利技术将卤化镍作为敏感材料应用于湿度传感器领域，对湿度探测取得了良好的效果，能够同时通过湿敏纳米纤维薄膜的色彩和电阻变化来反映湿度变化。
[0026]3.本专利技术的湿敏纳米纤维膜中，湿敏材料和基底材料是一个整体，湿敏材料作为纺丝液的一部分被束缚在基底材料内部，避免了其在膜使用过程中的减损，延长了湿敏膜的使用寿命。
[0027]4.本专利技术使用的湿敏材料适用于低湿甚至超低湿环境，电阻反应明显，湿度检测范围广。
[0028]5.本专利技术的柔性传感器用湿敏纳米纤维膜具有三维堆砌多孔结构，纳米纤维材料为水分子的进入提供通道，增加了其与湿敏材料的结合机会，比普通结构湿敏膜具有更高
的灵敏度。
[0029]6.本专利技术的湿敏膜材料制备过程简单、生产效率高、绿色环保且适用范围广。
[0030]7.用本专利技术的湿敏纳米纤维薄膜制备的湿度传感器属于柔性传感器，可弯折，适用于人体及环境等各领域湿度检测，且传感器中湿敏元件是统一整体，使用期限较长。
附图说明
[0031]图1是本专利技术一个实施例的制备方法的流程图；
[0032]图2是实施例2制备的湿敏纳米纤维膜在不同湿度条件下的光学变色性能图；
[0033]图3为实施例2制备的湿敏纳米纤维膜材料在不同湿度条件下的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种湿敏纳米纤维薄膜的制备方法，包括以下步骤：S1，卤化镍的湿法处理：将0.5
‑
1.5mmol的卤化镍粉末进行充分研磨后分散于2
‑
3mL溶剂中，于60
‑
75℃磁力搅拌12
‑
36h，得到卤化镍的前驱液，再将所述前驱液通过尼龙针式过滤器过滤出沉淀物，得到卤化镍分散液；其中：所述卤化镍为镍原子和卤素原子结合的二元化合物，选自NiCl2、NiBr2和NiI2中的一种；所述溶剂为DMAC、DMF或水；所述尼龙针式过滤器的S2，纺丝液的制备：配制浓度为10
‑
20wt％的聚合物/溶剂纺丝前驱体溶液；取10
‑
20g所述聚合物/溶剂纺丝前驱体溶液加入到步骤S1得到的卤化镍分散液中，室温条件下磁力搅拌8
‑
15h，制得液喷纺丝液，其中：所述聚合物为白色或无色、适于液喷纺丝的疏水或亲水有机高分子聚合物；所述溶剂与S1中的溶剂相同；S3，液喷纺丝制备湿敏纳米纤维初生膜：采用步骤S2制得的所述液喷纺丝液，通过液喷纺丝方法，制备湿敏纳米纤维初生膜；S4，湿敏纳米纤维膜的制备：将所述湿敏纳米纤维初生膜置于...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙光武，朱慧，张华，李艳梅，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：