中空纳米纤维基气凝胶的制法及其在应变传感器中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种中空纳米纤维基气凝胶的制法，采用同轴静电纺丝方法构筑具有中空结构的聚丙烯腈PAN纳米纤维膜，通过载银提高碳化后纳米纤维的电导率，并将其与石墨共混，以冷冻干燥法制得具有三维结构的纳米纤维基气凝胶。本发明专利技术以纳米纤维作为气凝胶骨架，选择轻质、高导电、低成本的石墨为气凝胶骨架的稳定剂及导电剂，协同增效，具有较低的密度、高的比表面积、空孔隙度、高导电性、可逆的压缩性以及较强的机械性能、稳定性和弹性，同时，实现了传统气凝胶常用碳纳米管、石墨烯等高成本材料的替换，极大程度上解决了现有可穿戴气凝胶传感器制作成本昂贵、难以批量化生产、力学强度差和传输信号差等不足，提升了可穿戴柔性传感器的灵敏度、稳定性，可广泛适用于可穿戴气凝胶柔性传感器、压电传感器等多种场景使用，可有效进行人体运动检测。有效进行人体运动检测。有效进行人体运动检测。

【技术实现步骤摘要】
中空纳米纤维基气凝胶的制法及其在应变传感器中的应用


[0001]本专利技术涉及传感器材料
，特别涉及一种中空纳米纤维基气凝胶的制法及其在应变传感器中的应用。

技术介绍

[0002]近年来，消费电子、人工智能和临床医学正在快速发展，新兴的可穿戴式传感器设备正在改变着人们的日常生活，如仿生肢体、健康运动监测设备、医疗设备等，使人们更加向往新一代便捷化、智能化的健康生活方式；金属基和无机半导体基等传统压力传感器有着传感稳定性好、灵敏度高等优点，但也存在制备工艺复杂、生产成本高、柔韧性差、信号响应范围窄等问题，已不能满足智能化产业快速发展的要求。静电纺丝技术是迄今最为有效的制备连续纳米纤维的方法之一，通过这种方法制备的纤维膜具有孔隙率高、比表面积大、质量轻等突出优点，同轴静电纺丝作为静电纺技术三大突破之一，与普通静电纺丝技术不同，可通过同轴静电纺丝的方法一步制备出具有芯壳结构或中空结构的纳米纤维，以满足不同应用领域的需要，而通过同轴静电纺丝制备的中空结构纳米纤维，具有的高比表面积使其成为传感器应用领域的热门材料。
[0003]气凝胶是由相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中空纳米纤维基气凝胶的制法，其特征在于，包括如下步骤：S1、以聚丙烯腈PAN、聚乙烯吡咯烷酮PVP为原料，调配10
‑
30%w/v的聚丙烯腈溶液，得到纺丝液A；调配20
‑
40%w/v聚乙烯吡咯烷酮溶液，得到纺丝液B；之后以纺丝液A为壳层溶液、纺丝液B为芯层溶液，采用同轴静电纺丝得到PAN@PVP纤维膜，在水中浸泡一段时间，得到中空PAN聚丙烯腈纳米纤维膜；S2、将中空PAN聚丙烯腈纳米纤维膜浸泡戊二醛溶液后，转移至银氨溶液中，通过银镜反应负载纳米银，之后高温碳化，得到载银碳化中空聚丙烯腈PAN纳米纤维膜；S3、将载银碳化中空聚丙烯腈PAN纳米纤维膜研磨粉碎之后，用偶联剂KH
‑
550进行偶联得到偶联碳化纤维，之后与偶联碳材料、聚乙烯吡咯烷酮PVP、聚乙烯醇PVA以及交联剂硼砂和戊二醛进行交联反应完全，之后冷冻干燥，得到中空纳米纤维基气凝胶MCG。2.根据权利要求1所述的中空纳米纤维基气凝胶的制法，其特征在于，所述步骤S1中同轴静电纺丝具体包括将聚丙烯腈溶液、聚乙烯吡咯烷酮溶液分别加入两个10 m L注射器，注射器连接至喷丝口分别由直径不相同的两个金属针头构成的同轴针头上，同轴针头连接高压正极，调节电压为5
‑
30 kV；控制温度为20
‑
60 ℃，控制湿度为10
‑
30 %；微量注射泵调节壳层和芯层溶液推注速度，壳层推进速度为0.5
‑
1.5mL/h、芯层推进速度为0.2
‑
1 mL/h；纤维收集至接地的接收铝箔，调节接收铝箔与针头之间的距离为15 cm。3.根据权利要求1所述的中空纳米纤维基气凝胶的制法，其特征在于，所述步骤S1中包括PAN@PVP纤维膜置于常温真空干燥箱中24
‑
72 h，挥发残余溶剂，将PAN@PVP纤维膜置于50~80℃水中浸泡...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐炜，刘意，陈智峰，肖湛，舒洁，严志红，
申请(专利权)人：深圳市弘睿洲医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：