[發明專利]一種適用于潮濕環境傳感的智能材料的制備方法

有效

• 申請號: 201810951245.0
• 申請日: 2018-08-21
• 公開（公告）號: CN109324091B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 郭志光;田盼
• 申請（專利權）人: 湖北大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;C08L27/16;C08K7/24
• 代理公司: 武漢帥丞知識產權代理有限公司 42220
• 代理人: 朱必武

本發明一種基于可控不對稱溶脹體系的適用于潮濕傳感的智能材料的制備方法從自然界中含羞草的應激反應中獲得靈感，對其獨特的生物感震定向形變行為進行仿生設計，在親水紙片中引入單面疏水性，制備出上下表面具有不對稱溶脹性質的Janus紙片。該紙片在潮濕環境中以曲率形式表現出穩定的形變特性。另外通過在紙片中引入多壁碳納米管(MWCNTs)作為導電填料，使得材料在形變時電阻率相應變化，從而有效地將形變信號轉化為電信號，實現對潮濕信號的檢測傳感。該紙片傳感器同時適用于動態的潮濕氣流和靜態的潮濕氣氛，前者可用信號的變化速率標定潮濕氣流流量，后者可用信號的變化量標定環境濕度。

技術領域

本發明屬于智能傳感器材料制備技術領域，特別涉及制備具有不對稱溶脹性，潮濕-形變響應性材料的方法，并實現形變信號向電信號轉變。

背景技術

刺激響應形變現象廣泛存在于自然界中，典型地如含羞草葉片地感震閉合，其主要即涉及在刺激感應下內部細胞不對稱的溶脹行為。在這一過程中，組織液在定向遷移局部富集使得整體在局部溶脹，從而形成定向的形變。對這一定向形變過程的仿生設計的智能材料具有較高的穩定性和可控性，且成本低廉，在流體傳感器，能量轉化器件等領域具有光明應用前景。

另一方面，現今在柔性絕緣材料中引入MWCNTs作為導電填料也見于諸多報導。當柔性材料發生形變，不管是外力還是刺激響應導致的形變，其都會引起其中MWCNTs的聚集程度發生變化，從而導致材料導電性發生改變，MWCNTs密集使電阻小，疏松時電阻大。基于這一原理，材料形變信號被有效地轉化成電信號，這一技術已應用于應力傳感器，可穿戴傳感器，運動檢測等領域。

發明內容

本發明的目的是提供一種簡便，環保地制備一種基于可控不對稱溶脹體系的適用于潮濕傳感的智能材料的制備方法。通過仿生設計，材料在潮濕環境中，水分局部定向富集，材料得以定向形變。引入MWCNTs作為導電填料，有效地將形變信號轉變成電信號。這一過程可控性強，穩定性高，原料易得，成本低廉，具有較高的實際應用價值。

實現本發明目的的技術方案是：一種適用于潮濕環境傳感的智能材料的制備方法，其特征在于，步驟如下：

A.實驗裝置設計：凌空固定帶有方形鏤空的金屬支架，在鏤空處固定住定性濾紙，在其下方固定電吹風，電吹風與水平面成一定夾角，出風口平面與紙片平面平行且有一定距離，保證熱風方向垂直作用于紙片；

B.材料制備：將一定量聚偏氟乙烯(PVDF)溶于一定量N-甲基吡咯烷酮(NMP)，再添加一定量多壁碳納米管(MWCNTs)配制成前驅溶液；保持電吹風工作，吸管吸取上述前驅溶液滴涂在紙片上表面，使其自然流平，均勻覆蓋在紙片上表面；持續熱風處理，待紙片完全干燥后，取下保存待用；

C.潮濕氣流環境：將所制備的材料豎直固定于加濕器出風口正上方，對紙片進行噴霧處理，加濕器水汽流量可調，在不同水汽流量下記錄并分析材料的形變過程；

D.潮濕氣氛環境：將所制備的材料豎直固定于恒溫恒濕箱中，在不同的環境相對濕度下記錄并分析材料的形變過程。

進一步地，步驟A中電吹風傾斜角度為60°。

進一步地，步驟A中出風口與鏤空處在氣流方向上距離為2cm。

進一步地，步驟B中聚偏氟乙烯(PVDF)，N-甲基吡咯烷酮(NMP)和多壁碳納米管(MWCNTs)的配比為0.8g:10ml:0.06g。

進一步地，步驟C中用于測試的潮濕氣流的水汽流量分別為280ml/h、350ml/h、420ml/h。

進一步地，步驟D中用于測試的潮濕氣氛的相對濕度分別為50％、70％、90％。

本發明的有益效果是：與現有技術相比，本發明的優點在于：

1.工藝簡單，原料易得，無毒環保，成本低廉。