[发明专利]一种基于壳聚糖和埃洛石纳米管的湿敏薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及湿敏材料技术领域，特别涉及一种基于壳聚糖和埃洛石纳米管的湿敏薄膜及其制备方法和应用。所述湿敏薄膜是基于壳聚糖(CS)和埃洛石纳米管(HTNs)的复合湿敏薄膜，所述湿敏薄膜具有多孔立体结构，HTNs独特的双层管状结构支撑起CS薄膜，增大了湿敏薄膜的比表面积，具有丰富的亲水性基团羟基和氨基，以及更多的水分子吸附位点。本发明还包括湿度传感器及人体呼吸检测系统。此系统具有创新性、价格低廉、可靠性高、操作简单等优点，可以较方便简捷的利用湿度传感器识别不同类型的呼吸类型。

技术领域

本发明涉及湿敏材料技术领域，特别涉及一种基于壳聚糖和埃洛石纳米管的湿敏薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

呼吸模式作为人体最重要的参数之一，由于呼吸运动在不同的生理状态下会产生适应性变化，不同的刺激可直接作用于呼吸中枢、肺牵张反射或化学等感受器，直接或间接影响呼吸运动。现有的呼吸模式检测主要是依赖多导睡眠监测仪(PSG)、肺功能测试仪以及呼气末二氧化碳浓度监测技术(ETCO₂)等，这些方法虽然能准确地记录、评估肺功能和呼吸模式的各项参数指标，但是其成本普遍较高、使用和检测过程复杂、普适门槛较高、需要依靠专业医护人员对数据进行分析和处理等缺点，耗费大量人力物力，因而呼吸分析的优势在日常生活中难以得到充分的发挥。近年来，为了寻求一种便携的、低门槛的、可穿戴的实时呼吸监测手段，湿度传感器检测人体的高湿呼出气流来判读和记录呼吸的方法逐渐得到了广泛的关注。

石英晶体微天平(QCM)是一种可被利用的检测装置，它具有实时数字频率输出、在线跟踪检测、测量精确度高、操作简单等优点。尤其是它对吸附水分子质量变化的敏感度在纳克级别上。根据Sauerbrey方程，我们可以通过监测吸附水分子引起的共振频率偏移得出吸附水分子的质量变化。因此，湿敏薄膜材料的化学性质和物理性质是影响该传感器湿度传感性能的关键因素之一。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了基于壳聚糖和埃洛石纳米管的湿敏薄膜及其制备方法和应用，以解决背景技术中存在的问题。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种基于壳聚糖和埃洛石纳米管的湿敏薄膜，所述湿敏薄膜是基于壳聚糖(CS)和埃洛石纳米管(HTNs)的复合湿敏薄膜，所述湿敏薄膜具有多孔立体结构，HTNs独特的双层管状结构支撑起CS薄膜，增大了湿敏薄膜的比表面积，具有丰富的亲水性基团羟基和氨基，以及更多的水分子吸附位点。

进一步的，所述CS-HTNs湿敏薄膜的水接触角为24.23°。

一种制备基于壳聚糖和埃洛石纳米管的湿敏薄膜的方法，包括如下步骤：

(1)将乙酸和0.2g壳聚糖添加到50ml的去离子水中，并在60℃恒温下磁力搅拌6小时，形成壳聚糖溶液；

(2)将粉末状埃洛石纳米管加入乙醇中多次离心洗涤，最后溶于50ml去离子水中超声分散30min，得到分散均匀的白色悬浮液；

(3)将步骤(2)中所得溶液加入步骤(1)所得溶液中，并继续在60℃的恒温下搅拌6小时，接着将共混溶液超声分散30min，最终得到分散均匀的壳聚糖-埃洛石纳米管复合溶液；

(4)将步骤(3)所得溶液转移至喷涂装置中，采用喷涂法将敏感材料沉积在基材表面，并放置在60℃的真空烘干机里烘干10min，即得所述湿敏薄膜。

进一步的，所述步骤(1)中乙酸的体积为1～2ml，待加入乙酸2min后，边搅拌边加入壳聚糖，

或，步骤(2)中粉末状埃洛石纳米管的加入量为0.05～0.2g，离心洗涤方法中洗涤次数为3～5次，转速为9000r/min，每次洗涤时间为5分钟，

或，所述步骤(4)的基材为石英晶体微天平的电极单面，喷涂法的喷涂距离固定为50mm，喷涂时间设定为2s。

基于壳聚糖和埃洛石纳米管的湿敏薄膜的应用，