[發(fā)明專利]納米纖維素石墨烯量子點(diǎn)高敏濕度傳感器及其綠色制備工藝

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010967599.1
• 申請(qǐng)日: 2020-09-15
• 公開（公告）號(hào): CN112067670A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁全平;楊雨桐;蘇國(guó)婷;李啟林;朱子飄;劉少冉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣西大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/22
• 分類號(hào): G01N27/22;B82Y15/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)大卓悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11369
• 代理人: 鄧雪明

本發(fā)明公開了一種納米纖維素石墨烯量子點(diǎn)高敏濕度傳感器及其綠色制備工藝，包括：由納米纖維素、石墨烯量子點(diǎn)、聚二甲基硅氧烷按比例混合制得的多孔復(fù)合濕敏膜，所述多孔復(fù)合濕敏膜構(gòu)成感應(yīng)面；涂覆在多孔復(fù)合濕敏膜側(cè)部的聚二甲基硅氧烷層；通過聚二甲基硅氧烷層粘附至多孔復(fù)合濕敏膜側(cè)部的柔性電極；連接至柔性電極的導(dǎo)線。本發(fā)明的濕度傳感器具有的傳感介質(zhì)層是由納米纖維素、石墨烯量子點(diǎn)、聚二甲基硅氧烷所制備的多孔復(fù)合濕敏膜，納米纖維素和石墨烯量子點(diǎn)相互交錯(cuò)結(jié)合，形成柔性大比表面積的三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且聚二甲基硅氧烷提高多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而有效促進(jìn)水分子在復(fù)合濕敏膜表面?zhèn)鲗?dǎo)和滲透，從提高傳感器的靈敏度和傳感性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物質(zhì)納米材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種高靈敏柔性三維多孔性、傳感靈敏、濕度檢測(cè)精度高的納米纖維素石墨烯量子點(diǎn)高敏濕度傳感器及其綠色制備工藝。

背景技術(shù)

在工業(yè)智能生產(chǎn)、危險(xiǎn)品儲(chǔ)藏運(yùn)輸、農(nóng)林育種、可穿戴智能電子設(shè)備、氣象遙感測(cè)試、文物保護(hù)、健康監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，所使用的濕度傳感器要求具有較高的精度和靈敏度、更快的響應(yīng)/恢復(fù)行為以及良好的長(zhǎng)期使用穩(wěn)定性。

納米纖維素具有良好的穩(wěn)定性、生物相容性、柔韌性以及優(yōu)異的自組裝性能，其分子鏈表面有大量的含氧基團(tuán)，表現(xiàn)出較高的親水性，是一種理想的濕敏材料。現(xiàn)有報(bào)道的技術(shù)中采用納米纖維素和氧化石墨烯復(fù)合材料制備濕度傳感器，其濕度測(cè)試范圍可達(dá)到25～85％RH，其相對(duì)電容隨著濕度變化呈一定的變化趨勢(shì)，并且在進(jìn)行濕度測(cè)試時(shí)與商用的濕度計(jì)所測(cè)量的濕度變化趨勢(shì)相差不大，但濕滯性較大和響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。石墨烯量子點(diǎn)作為石墨烯衍生物，表面也具有豐富的含氧基團(tuán)和較大的表面積，已應(yīng)用于制備新型傳感材料。現(xiàn)有相關(guān)研究提出采用旋涂法制備氧化石墨烯量子點(diǎn)濕度傳感器，可實(shí)現(xiàn)亞秒級(jí)響應(yīng)，但濕敏膜的附著性不高，易受到外界環(huán)境因素的干擾，進(jìn)而影響濕度傳感器的響應(yīng)靈敏性。此外，也有研究采用叉指電極應(yīng)用于組裝濕度傳感器，但是由于制備工藝繁瑣，且電極上的金屬膜易被氧化從而削弱其導(dǎo)電性能，進(jìn)而影響長(zhǎng)期測(cè)試穩(wěn)定性。因此，有必要進(jìn)一步優(yōu)化濕敏材料的結(jié)構(gòu)和性能，開發(fā)新型柔性電極材料，促進(jìn)其應(yīng)用于柔性可穿戴器件等，拓寬生物質(zhì)納米材料的應(yīng)用領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少上述缺陷，并提供至少后面將說明的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種高靈敏度、傳感性能優(yōu)異、性能穩(wěn)定的納米纖維素石墨烯量子點(diǎn)濕度傳感器。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明提供一種納米纖維素石墨烯量子點(diǎn)高敏濕度傳感器，包括：

由納米纖維素、石墨烯量子點(diǎn)、聚二甲基硅氧烷按比例混合制得的多孔復(fù)合濕敏膜，所述多孔復(fù)合濕敏膜構(gòu)成感應(yīng)面；

涂覆在多孔復(fù)合濕敏膜側(cè)部的聚二甲基硅氧烷層；

通過聚二甲基硅氧烷層粘附至多孔復(fù)合濕敏膜側(cè)部的柔性電極；

連接至柔性電極的導(dǎo)線。

上述方案中，濕度傳感器具有的傳感介質(zhì)層是由納米纖維素、石墨烯量子點(diǎn)、聚二甲基硅氧烷所制備的多孔復(fù)合濕敏膜，納米纖維素和石墨烯量子點(diǎn)相互交錯(cuò)結(jié)合，形成柔性大比表面積的三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且聚二甲基硅氧烷提高多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而有效促進(jìn)水分子在復(fù)合濕敏膜孔隙表面?zhèn)鲗?dǎo)和滲透，從而提高傳感器的靈敏度和傳感性能。

優(yōu)選的是，所述的納米纖維素石墨烯量子點(diǎn)高敏濕度傳感器中，所述納米纖維素為納米纖絲纖維素、纖維素納米晶以及細(xì)菌纖維素中的一種或多種；

所述石墨烯量子點(diǎn)為石墨烯量子點(diǎn)和氧化石墨烯量子點(diǎn)中的一種或多種。

優(yōu)選的是，所述的納米纖維素石墨烯量子點(diǎn)高敏濕度傳感器中，所述的柔性電極為納米纖維素碳納米管復(fù)合膜，厚度為0.01～0.1mm；方阻為20～390Ω/□。