[發明專利]一種裸眼可視丙酮氣體纖維傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 202111054664.2
• 申請日: 2021-09-09
• 公開（公告）號: CN113777061B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 付少海;關玉;田安麗;王春霞;張恒瑋
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: G01N21/29
• 分類號: G01N21/29;G01N21/55;D01D11/06
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 黃嬋娟

本發明公開了一種裸眼可視丙酮氣體纖維傳感器及其制備方法，屬于精細化工和材料科學領域。本發明所述的裸眼可視丙酮氣體纖維傳感器；所述的傳感器包括單根或者多根“仿竹節”結構液晶纖維；所述的“仿竹節”結構液晶纖維是基于液晶包層纖維三層同軸結構，受自然界中竹子結構的啟發，在響應層引入“節”來分隔液晶，從而限制液晶沿纖維軸方向運動，得到“仿竹節”液晶纖維。本發明的裸眼可視丙酮氣體纖維傳感器可實現室溫下丙酮氣體檢測，響應速度快、變色可逆可重復、柔韌輕盈、并且可進行大面積生產，縮放并編織成各種圖案，具有良好的機械強度。

技術領域

本發明涉及一種裸眼可視丙酮氣體纖維傳感器及其制備方法，屬于精細化工和材料科學領域。

背景技術

人體呼出氣體可以反映人體的生理代謝和各項器官的工作過程，成為目前檢測和預防潛在疾病的重要指標。糖尿病人的呼吸丙酮濃度可高達1800ppb，遠高于健康人體(正常人體呼出濃度為300～900ppb)，因此，呼吸丙酮被認定為I型糖尿病的生物標志物。常用的分光光度計法、電化學法、氣相色譜法等方法雖然能準確檢測丙酮含量，但所需設備較為昂貴，體積大，操作復雜，難以實現對人體呼吸丙酮實時監測和大規模應用。可穿戴檢測設備由于其方便、靈活、易操作等優點，引起了廣泛關注。

鄧勇輝教授課題組圍繞介孔金屬氧化物半導體材料展開深入研究，提出將多種有機兩親性嵌段共聚物與無機前驅物協同共組制備成新型功能介孔材料，所制備的3D緊密交叉排列嵌段共聚物-雜多酸復合納米線陣列形成的介孔結構材料，具有優異的靈敏度和選擇性。然而，其檢測環境溫度需要達到300℃，不能滿足在室溫下實時監測呼吸丙酮濃度的要求。胡季帆教授課題組采用光激發的方法，在Au:SmFe1-xZnxO₃體系中引入紫外光照，能夠一定程度降低其檢測溫度，但仍然很難使得最佳檢測溫度達到室溫。S.J.Young等制備了能夠室溫進行檢測的金納米顆粒吸附的碳納米管丙酮柔性傳感器，其研究表明吸附金納米顆粒后的碳納米管對于800ppm丙酮檢測靈敏度提高了三倍。

然而，上述傳感材料均需要額外通過儀器對其電學、光學等性能進行檢測，增添了檢測的不便性。

發明內容

[技術問題]

目前檢測丙酮氣體均需要額外通過儀器對其電學、光學等性能進行檢測，增添了檢測的不便性。

[技術方案]

為了解決上述問題，本發明以液晶作為丙酮氣敏材料，通過同軸涂覆的方式制備具有同軸結構的液晶纖維，用于開發可穿戴氣體傳感器。并且，在同軸結構的基礎上進行進一步結構優化，通過引入“仿竹節”結構來分隔響應(液晶)層，從而限制液晶沿纖維軸方向運動，達到調控同軸結構液晶纖維可視性和氣敏性的目的。

本發明的第一個目的是提供一種裸眼可視丙酮氣體纖維傳感器；所述的傳感器包括單根或者多根“仿竹節”結構液晶纖維；

所述的“仿竹節”結構液晶纖維的制備方法，包括如下步驟：

采用同軸涂覆裝置使液晶和聚合物溶液依次包裹在芯層纖維外層，聚合物溶液固著后，形成具有“仿竹節”結構液晶纖維；其中，所述的同軸涂覆裝置由纖維導向裝置、纖維收集裝置和供料裝置三部分組成；其中供料裝置由中間層流體進料口和外層流體進料口兩部分組成；中間層流體進料口采用Y型管進料，Y型管的兩個進料口分別為液晶層流體和聚合物流體進料口；外層流體進料口為聚合物流體進料口。

在本發明的一種實施方式中，所述的液晶流體和聚合物流體以交替進料方式進入中間層，進料速率和交替時間可控。

在本發明的一種實施方式中，所述的中間層流體采用的聚合物和外層流體采用的聚合物相同。

在本發明的一種實施方式中，外層流體進料口和中間層流體進料口同時進料。