[發(fā)明專利]一種高靈敏度與寬量程的復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠傳感器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911072904.4
• 申請(qǐng)日: 2019-11-05
• 公開（公告）號(hào): CN112763106B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王棟;劉志豪;蔣海青;鐘衛(wèi)兵;丁新城;柯弈名
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢紡織大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L1/18
• 分類號(hào): G01L1/18
• 代理公司: 武漢卓越志誠知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42266
• 代理人: 胡婷婷

1.一種高靈敏度與寬量程的復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠傳感器，其特征在于，所述傳感器包括自下而上依次疊設(shè)的多層復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠，且所述多層復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠中納米纖維的含量自下而上呈梯度遞減；

所述復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠傳感器的制備方法包括如下步驟：

S1、將熱塑性聚合物納米纖維溶于醇水混合液中形成質(zhì)量百分濃度為0.1～10％的懸浮液，再依次加入質(zhì)量百分濃度為1～10％的導(dǎo)電材料、質(zhì)量百分濃度為1～10％的交聯(lián)劑使之混合均勻制得氣凝膠膠液；

S2、采用冷凍干燥處理工藝對(duì)步驟S1制得的氣凝膠膠液進(jìn)行冷凍干燥處理，制得復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠；

S3、在步驟S2制得的復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠上涂覆步驟S1制得的氣凝膠膠液；

S4、對(duì)經(jīng)過步驟S3處理后的復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠進(jìn)行冷凍干燥處理，制得多層復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠；

S5、對(duì)制得的多層復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠通過逐次涂覆步驟S1制得的氣凝膠膠液，并進(jìn)行冷凍干燥處理，得到所述高靈敏度與寬量程的復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠傳感器；

所述多層復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠受到的外界壓力逐漸增大的過程中，多層所述復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠自上而下依次受壓；

先受壓的所述復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠的楊氏模量小于后受壓的所述復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠的楊氏模量；且先受壓的所述復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠的小壓力靈敏度高于后受壓的所述復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠的小壓力靈敏度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度與寬量程的復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠傳感器，其特征在于，先受壓的所述復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠中導(dǎo)電材料的填充濃度高于后受壓的所述復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠中導(dǎo)電材料的填充濃度。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高靈敏度與寬量程的復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠傳感器，其特征在于，先受壓的所述復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠的高靈敏壓力范圍小于后受壓的所述復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠的高靈敏壓力范圍；且傳感器受壓時(shí)，至少一層所述復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠所受的壓力位于高靈敏壓力范圍內(nèi)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度與寬量程的復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠傳感器，其特征在于，所述熱塑性聚合物納米纖維為聚乙烯醇-乙烯共聚物納米纖維、聚酰胺納米纖維、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯納米纖維或聚氨酯納米纖維；所述醇水混合液中醇與水的質(zhì)量比為7：3～3：7，所述醇為正丙醇、異丙醇、正丁醇或叔丁醇中的一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度與寬量程的復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠傳感器，其特征在于，所述導(dǎo)電材料選自單壁/多壁碳納米管、石墨烯、氧化石墨烯、碳黑、石墨微片、金屬納米粒子、金屬納米線/片、液態(tài)金屬、金屬氧化物粉體、導(dǎo)電鈦白粉、離子液體、或?qū)щ娋酆衔镏械囊环N；所述導(dǎo)電聚合物選自聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、聚乙炔、聚苯硫醚、聚對(duì)亞苯、聚苯胺衍生物、聚噻吩衍生物和聚吡咯衍生物的中的一種或多種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度與寬量程的復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠傳感器，其特征在于，所述交聯(lián)劑為戊二醛、甲醛或乙醛中的一種或多種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度與寬量程的復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠傳感器，其特征在于，所述復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠還包括添加質(zhì)量百分濃度為0.1～2％的酸作為催化劑。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度與寬量程的復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠傳感器，其特征在于，所述冷凍干燥處理中的冷凍溫度為-55℃～-30℃，干燥時(shí)間為12～48h。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度與寬量程的復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠傳感器，其特征在于，步驟S3中，利用浸漬涂覆、滴涂、提拉或旋涂的方式對(duì)所述復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠進(jìn)行涂覆處理。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度與寬量程的復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠傳感器，其特征在于，復(fù)合導(dǎo)電納米纖維氣凝膠材料的密度為5～10mg/cm，比表面積為300～800m/g，平均孔徑為1～3μm。