对湿度敏感的聚乙烯醇制造技术

本发明专利技术涉及能量转化材料及器件技术领域，旨在提供一种对湿度敏感的聚乙烯醇

【技术实现步骤摘要】
对湿度敏感的聚乙烯醇/氯化锂/MXene复合薄膜的制备方法


[0001]本专利技术属于能量转化材料及器件
，特别涉及一种具有湿度敏感特性的聚乙烯醇
/
氯化锂
/MXene
的自供电湿度传感器件及制备方法
。

技术介绍

[0002]随着电子设备的小型化
、
可移动和多功能集成趋势的发展，单纯依靠电池
、
电容器等传统供能方式驱动这些微型电子器件已经很难满足实际工作需求
。
在互联互通的新时代，分布式传感器系统在收集和转换来自周围环境的信息方面发挥着重要作用，这是作为物联网硬件基础的关键环节
。
基于接触起电和静电感应耦合的摩擦纳米发电机，因其可以将日常生活中低频
、
分散式的微小机械能进行收集并转化为电能，从而实现可穿戴电子器件
、
物联网设备的自驱动；因此备受关注
。
[0003]基于摩擦起电和静电感应耦合的摩擦电纳米发电机，旨在通过利用摩擦起电现象，将分布广
、
无序的低频能量转换成可为人们利用的电能
。
目前已经主要应用于微纳能源
、
自驱动传感
、
蓝色能源和高压电源四个方面
。
但是在摩擦纳米发电机的日常应用中，常常会受到环境湿度的影响，并发生电荷耗散现象以致其输出性能出现不同程度的降低
。
如何利用环境中水的增强特性提升摩擦纳米发电机的输出性能，开发一种制备工艺简单
、
湿度响应灵敏度高且规律性强的新型材料并制备出自供电湿度传感器件具有重要意义
。
[0004]基于亲水性聚合物聚乙烯醇薄膜对湿度变化的独特响应特性，利用具有丰富亲水基团的聚乙烯醇复合薄膜作为摩擦层，可制备性能优异的摩擦纳米发电机
。
通过环境湿度提高自身输出性能，使其能够在高湿度环境下高效稳定的作为能量收集装置
。
然而传统的聚乙烯醇薄膜对湿度变化响应灵敏度低
、
信号较弱且规律性不足，摩擦电学性能较差等缺点，难以满足湿度传感需求，限制了其在传感领域进一步发展及应用
。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种对湿度敏感的聚乙烯醇
/
氯化锂
/MXene
复合薄膜的制备方法
。
[0006]为解决技术问题，本专利技术的解决方案是：
[0007]提供一种对湿度敏感的聚乙烯醇
/
氯化锂
/MXene
复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)
将聚乙烯醇粉末加入去离子水中，在
90℃
水浴中连续搅拌
30min
，得到质量浓度为
10
％的具有粘性的聚乙烯醇水溶液；待溶液冷却至室温后，加入氯化锂粉末并以超声分散，室温下持续搅拌得到均匀的聚乙烯醇
/
氯化锂悬浊液；控制氯化锂粉末的添加量，使其与聚乙烯醇的质量比为
1︰2
～
1:30
；
[0009](2)
将
MXene
纳米片加入步骤
(1)
得到的悬浊液中，在超声分散条件下进行化学交联，得到均质聚乙烯醇
/
氯化锂
/MXene
溶胶溶液；控制
MXene
纳米片的加入量，使其与氯化锂的质量比为
1︰1
～
1:15
；
[0010](3)
以旋涂方式将步骤
(2)
制得的溶胶溶液施加在洁净玻璃片上，在
80℃
干燥
12h
成型，得到附着在玻璃片上的薄膜状聚乙烯醇
/
氯化锂
/MXene
复合材料
。
[0011]作为本专利技术的优选方案，所述步骤
(1)
中，超声分散的时间为
0.5h
，持续搅拌的时间为
12h。
[0012]作为本专利技术的优选方案，所述步骤
(2)
中，超声分散的时间为
0.5h。
[0013]本专利技术进一步提供了以前述方法制备得到的聚乙烯醇
/
氯化锂
/MXene
复合薄膜作为正极摩擦材料的自供电湿度传感器件，该自供电湿度传感器件包括正极
、
负极和外部封装材料；
[0014]所述正极具有由
FTO
玻璃基底和正极摩擦材料复合形成的双层结构，且在
FTO
玻璃基底的边缘设有导电铝胶带作为电极端子；所述负极具有由洁净玻璃片
、
双面导电镍胶和负极摩擦材料复合形成的三明治结构，在双面导电镍胶的边缘设有电极端子；两个电极端子分别与导线相连，导线用于连接负载以形成闭合电路；
[0015]正极和负极平行布置，使正极摩擦材料和负极摩擦材料相对且保持间距；作为外部封装材料的聚酰亚胺薄膜将正负极完全包裹起来，形成中空结构；该中空结构的纵向剖面呈鼓形，当正负极受到外力作用时，中空结构的两侧能够发生弹性变形，使正极摩擦材料和负极摩擦材料的表面产生接触或分离的操作
。
[0016]作为本专利技术的优选方案，所述负极摩擦材料为商用
PTFE
膜
。
[0017]作为本专利技术的优选方案，所述正极摩擦材料和负极摩擦材料的厚度为
100
μ
m。
[0018]作为本专利技术的优选方案，所述
FTO
玻璃基底的长度
、
宽度和厚度为
22mm
×
20mm
×
1mm
，洁净玻璃片的长度
、
宽度和厚度为
20mm
×
20mm
×
1mm
，正极摩擦材料和负极摩擦材料的接触面积为
20mm
×
20mm。
[0019]作为本专利技术的优选方案，所述正极摩擦材料和负极摩擦材料的最大间距不超过
4mm。
[0020]本专利技术还提供了前所述自供电湿度传感器件的制备方法，包括以下步骤：
[0021](1)
根据前述方法制备得到均质聚乙烯醇
/
氯化锂
/MXene
溶胶溶液；
[0022](2)
先在
FTO
玻璃基底的边缘
2mm
处粘贴导电铝胶带，将其作为引出电极；然后以旋涂方式将溶胶溶液施加于
FTO
玻璃基体的表面，所得涂层与导电铝胶带位于
FTO
玻璃基底的同侧且两者不接触；经
80℃
干燥
12h
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种对湿度敏感的聚乙烯醇
/
氯化锂
/MXene
复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
将聚乙烯醇粉末加入去离子水中，在
90℃
水浴中连续搅拌
30min
，得到质量浓度为
10
％的具有粘性的聚乙烯醇水溶液；待溶液冷却至室温后，加入氯化锂粉末并以超声分散，室温下持续搅拌得到均匀的聚乙烯醇
/
氯化锂悬浊液；控制氯化锂粉末的添加量，使其与聚乙烯醇的质量比为
1︰2
～
1︰30
；
(2)
将
MXene
纳米片加入步骤
(1)
得到的悬浊液中，在超声分散条件下进行化学交联，得到均质聚乙烯醇
/
氯化锂
/MXene
溶胶溶液；控制
MXene
纳米片的加入量，使其与氯化锂的质量比为
1︰1
～
1︰15
；
(3)
以旋涂方式将步骤
(2)
制得的溶胶溶液施加在洁净玻璃片上，在
80℃
干燥
12h
成型，得到附着在玻璃片上的薄膜状聚乙烯醇
/
氯化锂
/MXene
复合材料
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤
(1)
中，超声分散的时间为
0.5h
，持续搅拌的时间为
12h。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤
(2)
中，超声分散的时间为
0.5h。4.
以权利要求1所述方法制备得到的聚乙烯醇
/
氯化锂
/MXene
复合薄膜作为正极摩擦材料的自供电湿度传感器件，其特征在于，该自供电湿度传感器件包括正极
、
负极和外部封装材料；所述正极具有由
FTO
玻璃基底和正极摩擦材料复合形成的双层结构，且在
FTO
玻璃基底的边缘设有导电铝胶带作为电极端子；所述负极具有由洁净玻璃片
、
双面导电镍胶和负极摩擦材料复合形成的三明治结构，在双面导电镍胶的边缘设有电极端子；两个电极端子分别与导线相连，导线用于连接负载以形成闭合电路；正极和负极平行布置，使正极摩擦材料和负极摩擦材料相对且保持间距；作为外部封装材料的聚酰亚胺薄膜将正负极完全包裹起来，形成中空结构；该中空结构的纵向剖面呈鼓形，当正负极受到外力作用时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张启龙，王竞，张钊，夏昭岳，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：