[發(fā)明專利]一種柔性可拉伸的多功能納米纖維傳感器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710329152.X
• 申請(qǐng)日: 2017-05-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107192485B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何建新;王利丹;邵偉力;齊琨;周玉嫚;佑曉露;南楠;孫顯強(qiáng);胡寶繼;盧凱;崔世忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中原工學(xué)院
• 主分類號(hào): G01L5/00
• 分類號(hào): G01L5/00;B82Y15/00;D06M15/63;D06M101/30
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41125
• 代理人: 孫詩(shī)雨;張志軍

1.一種柔性可拉伸的多功能納米纖維傳感器的制備方法，其特征在于步驟如下：

（1）將二甲基甲酰胺和四氫呋喃按照質(zhì)量比1:1-0.1配置得到混合溶劑，將氧化石墨烯粉末加入混合溶劑中，常溫下超聲分散3-8 h得到均勻的氧化石墨烯溶液，然后加入聚氨酯顆粒，常溫下磁力攪拌5-15 h得到摻雜氧化石墨烯的聚氨酯溶液；

（2）將步驟（1）中所得的摻雜氧化石墨烯的聚氨酯溶液作為紡絲溶液，轉(zhuǎn)移至注射器中進(jìn)行靜電紡絲，采用滾筒作為接收裝置，得到摻雜氧化石墨烯的聚氨酯納米纖維膜；

（3）將步驟（2）所得的摻雜氧化石墨烯的聚氨酯納米纖維膜放入低溫等離子體處理儀中處理后得到等離子體改性的摻雜氧化石墨烯的聚氨酯納米纖維膜；

（4）將三氯化鐵粉末加入無(wú)水乙醇中攪拌均勻得到濃度為50mmol/L-100mmol/L的三氯化鐵溶液，將步驟（3）所得的摻雜氧化石墨烯的聚氨酯納米纖維膜浸漬于三氯化鐵溶液中3-20 min，取出置于烘箱中干燥后得到表面均勻附有三氯化鐵的摻雜氧化石墨烯的聚氨酯納米纖維膜；

（5）將步驟（4）所得的表面均勻附有三氯化鐵的摻雜氧化石墨烯的聚氨酯納米纖維膜懸掛于濃度為30-100 mmol/L的二氧噻吩的三氯甲烷溶液中，在20-40℃條件下進(jìn)行聚合反應(yīng)10-30 h，然后取出并用無(wú)水乙醇沖洗后放入20-70℃真空烘箱中干燥0.5-2 h，得到具有皮芯結(jié)構(gòu)的摻雜氧化石墨烯的聚氨酯/聚噻吩復(fù)合導(dǎo)電納米纖維膜；

（6）將兩根銅導(dǎo)線用導(dǎo)電銀膏固定在步驟（5）所得的具有皮芯結(jié)構(gòu)的摻雜氧化石墨烯的聚氨酯/聚噻吩復(fù)合導(dǎo)電納米纖維膜的兩端形成傳感器的兩個(gè)電極，然后將液態(tài)聚二甲基硅氧烷涂布在具有皮芯結(jié)構(gòu)的摻雜氧化石墨烯的聚氨酯/聚噻吩復(fù)合導(dǎo)電納米纖維膜的上下表面，涂布完成后置于真空干燥箱中在30-90℃的條件下固化30~180min，得到基于摻雜氧化石墨烯的聚氨酯/聚噻吩復(fù)合導(dǎo)電納米纖維的柔性可拉伸的多功能納米纖維傳感器；

該多功能納米纖維傳感器是以靜電紡技術(shù)制備的摻雜氧化石墨烯的聚氨酯納米纖維膜作為柔性基體，通過(guò)原位聚合的方法在摻雜氧化石墨烯的聚氨酯納米纖維膜表面原位聚合聚噻吩，制備得到摻雜氧化石墨烯的聚氨酯/聚噻吩納米纖維膜，其中構(gòu)成摻雜氧化石墨烯的聚氨酯/聚噻吩納米纖維膜的納米纖維具有皮芯結(jié)構(gòu)，然后在具有皮芯結(jié)構(gòu)的摻雜氧化石墨烯的聚氨酯/聚噻吩納米纖維膜的表面復(fù)合帶有導(dǎo)電銅絲的凝膠膜從而制備得到一種可以傳感壓力、拉伸和彎曲的柔性可拉伸多功能納米纖維傳感器。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性可拉伸的多功能納米纖維傳感器的制備方法，其特征在于：所述的柔性可拉伸的多功能納米纖維傳感器的長(zhǎng)度為5-10 mm，寬度≥5-10 mm，厚度≥0.01 mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性可拉伸的多功能納米纖維傳感器的制備方法，其特征在于：所述的具有皮芯結(jié)構(gòu)的摻雜氧化石墨烯的聚氨酯/聚噻吩納米纖維的皮層由導(dǎo)電高分子聚噻吩顆粒組成，皮層厚度為50 -200 nm，所述的具有皮芯結(jié)構(gòu)的摻雜氧化石墨烯的聚氨酯/聚噻吩納米纖維的芯層為摻雜氧化石墨烯的聚氨酯納米纖維，芯層納米纖維的直徑為100 -500 nm，所述的摻雜氧化石墨烯的聚氨酯/聚噻吩納米纖維膜的厚度為80-200μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性可拉伸的多功能納米纖維傳感器的制備方法，其特征在于：所述的凝膠膜為聚二甲基硅氧烷膜，厚度0.01-5 mm；所述的導(dǎo)電銅絲的直徑為0.1-5mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性可拉伸的多功能納米纖維傳感器的制備方法，其特征在于：所述步驟（1）中氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯的質(zhì)量濃度為0.1-1%，所述聚氨酯的分子量為50000-200000，所述聚氨酯溶液中聚氨酯的質(zhì)量濃度為5-20%。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性可拉伸的多功能納米纖維傳感器的制備方法，其特征在于：所述步驟（2）中靜電紡絲時(shí)紡絲液流量為0.5-2.0 mL/h，紡絲電壓為15-25 kV，滾筒與針尖之間的距離為15-40 cm。